建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的隔震減震措施淺析

馬良策

澳創(chuàng)國(guó)際工程設(shè)計(jì)（深圳）有限公司北京分公司 北京 100000

為了優(yōu)化城市布局，解決城市人口居住問(wèn)題，很多高層建筑在城市中拔地而起，但是在高層建筑中，建筑結(jié)構(gòu)的合理性是十分重要的，建筑的抗震能力直接關(guān)系著人們的生命安全，因此這就需要設(shè)計(jì)師，能夠利用一切技術(shù)手段，通過(guò)科學(xué)有效的抗震措施，來(lái)保證建筑設(shè)計(jì)的切實(shí)可行性，使建筑的整體質(zhì)量能夠得到有效地提升。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隔震減震模式的應(yīng)用意義

我國(guó)發(fā)生的重大地震災(zāi)害1976年的唐山大地震，2018年的汶川大地震，那些慘烈的場(chǎng)景至今依舊在內(nèi)心中揮之不去，地震災(zāi)害不僅給建筑行業(yè)帶來(lái)巨大沖擊，也造成了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)無(wú)情的地震災(zāi)害更是奪走了許許多多無(wú)辜的生命[1]。在汶川地震發(fā)生時(shí)，桑棗中學(xué)全校2300多名師生，在1分36秒的時(shí)間內(nèi)上演了極限逃生，全部安全轉(zhuǎn)移，無(wú)一人傷亡，他們的校長(zhǎng)“葉志平”在上任初期，就十分關(guān)注學(xué)校建筑的安全問(wèn)題，他在任時(shí)期對(duì)學(xué)校的大部分建筑全部重新進(jìn)行了加固。汶川大地震來(lái)臨時(shí)，學(xué)校無(wú)一人傷亡。面對(duì)無(wú)情的自然災(zāi)害人類是渺小的，但是我們要相信科技的力量，技術(shù)的力量，智慧的力量是強(qiáng)大的。近年來(lái)建筑設(shè)計(jì)中關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)抗震能力設(shè)計(jì)越來(lái)越受到跟多人的關(guān)注。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，隔震減震設(shè)計(jì)是有效確保建筑抗震性，提高建筑整體質(zhì)量，使建筑物在一定外力作用下能夠依舊堅(jiān)持屹立不倒的前提保證。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理地運(yùn)用減震措施，是可以幫助建筑物提高自身的抗阻力性，能夠保證在長(zhǎng)期的風(fēng)力作用下，不會(huì)產(chǎn)生位移的情況出現(xiàn)，保證建筑地基的牢固性，而且減震措施能夠減少地震過(guò)程中帶來(lái)的豎向影響；而隔震體系的應(yīng)用，能夠有效地延長(zhǎng)建筑結(jié)構(gòu)的震期，是地震中產(chǎn)生的水平震力能夠降低，從而減少地震帶來(lái)的損害，保證建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和韌度。而且經(jīng)過(guò)一些有效的實(shí)驗(yàn)研究和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，合理的減震、隔震措施能夠有效的減低地震的出現(xiàn)時(shí)的加速度反應(yīng)，而且還能夠減少地震當(dāng)帶來(lái)的損壞，提高了建筑物的強(qiáng)度，這也在一定程度上起到了保護(hù)人們生命和財(cái)產(chǎn)安全的作用。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中隔震減震存在的問(wèn)題

2.1 隔震減震支座會(huì)受到抗震墻的影響

如果在進(jìn)行隔震減震設(shè)計(jì)時(shí)，沒有結(jié)合建筑的實(shí)際情況和特點(diǎn)以及抗震墻承載能力，那么就很可能會(huì)導(dǎo)致減震失效[2]。減震設(shè)計(jì)和隔震設(shè)計(jì)的不合理性或者是間隔過(guò)大，在地震發(fā)生時(shí)，建筑的傾覆力在不斷增加的同時(shí)，會(huì)對(duì)抗震支座的拉力產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致抗震能力降低。在設(shè)計(jì)抗震減震支座的時(shí)候，應(yīng)該考慮到當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境，以及建筑物的實(shí)際情況，在受力面積較大的一面進(jìn)行支座的安裝和設(shè)置，此外還要充分的考慮到隔震減震支架，可能會(huì)受到拉力影響的一些因素，在進(jìn)行設(shè)置的時(shí)候就要采取有效的規(guī)避措施，不然受到拉力的影響就會(huì)降低了實(shí)際的減震效果。

2.2 建筑物走向?qū)拐鸬挠绊?/h3>

在高層建筑中，抗震設(shè)計(jì)尤為重要，也是建筑結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要組成部分，高層建筑在發(fā)生地震的時(shí)候，根據(jù)地震的方向，所產(chǎn)生的建筑走向情況十分明顯，而且這一走向也會(huì)直接對(duì)減震、隔震產(chǎn)生一定的影響。我們都知道，地震是由于地殼運(yùn)動(dòng)的原因所造成的，對(duì)此在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候，就需要相關(guān)的設(shè)計(jì)人員結(jié)合建筑地點(diǎn)的實(shí)際情況，以及所在地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，氣候情況等進(jìn)行全面的分析，確保在建筑建設(shè)的時(shí)候能夠符合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)特點(diǎn)，以及地震方向來(lái)進(jìn)行[3]。避免出現(xiàn)建筑物和地震方向呈現(xiàn)在同一個(gè)水平方向，這樣會(huì)加劇地震帶來(lái)的建筑損壞。如果保證建筑和地震走向處于垂直狀態(tài)下，則可以很好地避免這一問(wèn)題，還能夠大大地減少地震給建筑帶來(lái)的損壞。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)的選擇產(chǎn)生的影響

傳統(tǒng)的建筑抗震能力不強(qiáng)的主要原因也是因?yàn)?，建筑結(jié)構(gòu)選擇的不合理，降低了減震，隔震的力度，而且傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)主要的特點(diǎn)就是剪切變形，這種結(jié)構(gòu)不利于發(fā)揮減震和隔震設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)[4]。所以現(xiàn)階段通常都是橡膠支座來(lái)進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)，這樣能夠使得隔震效果大大提升。

2.4 墻體與防震縫設(shè)計(jì)問(wèn)題

要加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，就要在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到建筑墻體的位置和厚度等綜合因素，要保證墻體結(jié)構(gòu)的合理性，提升建筑本身的承載能力的同時(shí)還要確保其能夠具有一定的抗震能力，防止墻體短時(shí)間內(nèi)倒塌情況的出現(xiàn)。而抗震縫設(shè)計(jì)，能夠幫助建筑物提升自身的抗震能力，但是現(xiàn)階段我國(guó)很多普通區(qū)域內(nèi)部都缺少防震縫的設(shè)置，一般只是在一些地震災(zāi)害高發(fā)的地區(qū)間設(shè)置，但是地震是屬于偶然現(xiàn)象，因此應(yīng)該加大防震縫設(shè)置的范圍，還要考慮到地震發(fā)生后，地面和建筑可能出現(xiàn)位移的情況，優(yōu)化抗震縫的長(zhǎng)度和寬度設(shè)計(jì)。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的隔震減震措施

3.1 隔震措施

隔震技術(shù)則使用隔震層削弱房屋與基礎(chǔ)的這種鏈接，減小和隔離地震能量向上部的傳輸，可消除或者有效減輕地震對(duì)房屋建筑的損壞，達(dá)到減震抗震，保護(hù)室內(nèi)設(shè)備功能，提高建筑物安全性的效果，是以柔克剛抗御地震的方法。隔震技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)取得了顯著的減災(zāi)效果，比如2013年川西雅安蘆山縣7.0級(jí)地震時(shí)，蘆山縣人民醫(yī)院門診大樓因在2008年汶川地震后恢復(fù)重建中采用隔震技術(shù)建造而基本完好，建筑正常運(yùn)轉(zhuǎn)使用，為搶救受傷民眾作出重大貢獻(xiàn)，被網(wǎng)民稱為“樓堅(jiān)強(qiáng)”。目前在我國(guó)云南、甘肅、四川、陜西等地的機(jī)場(chǎng)、大學(xué)學(xué)校、醫(yī)院的房屋建筑中開始推廣應(yīng)用，不過(guò)隔震技術(shù)更適宜于高寬比小于4的建筑物，建筑成本也有點(diǎn)高。目前來(lái)看我國(guó)應(yīng)用的隔震措施是比減震措施力度大的，而且比較常見的隔震措施就包括了基礎(chǔ)隔震、間層隔震以及特殊材料隔震，這三種措施。

首先，當(dāng)前最先進(jìn)的基礎(chǔ)隔震技術(shù)是通過(guò)高新技術(shù)產(chǎn)品建筑隔震橡膠支座，將上部建筑結(jié)構(gòu)與下部地基結(jié)構(gòu)隔離，由于建筑隔震橡膠支座中的隔震層剛度小，柔性強(qiáng)，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)隔震層將發(fā)揮隔震的作用，代替上部結(jié)構(gòu)，承受地震強(qiáng)烈的位移動(dòng)力，此時(shí)上部建筑結(jié)構(gòu)的反應(yīng)，相當(dāng)于不隔震情況下的1/4-1/12，接近于平動(dòng)從而隔離了地震的作用?；A(chǔ)隔震措施一般都是應(yīng)用于普通建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，在一些常規(guī)化的建筑結(jié)構(gòu)中，通常會(huì)運(yùn)用鉛芯橡膠隔震支座和疊層橡膠隔震支座兩種。建筑隔震橡膠支座利用特殊的配方技能消耗在地震中傳遞的水平震動(dòng)能量，在地震來(lái)臨時(shí)豎向提供對(duì)建筑物的支撐水平方向上不會(huì)將全部能量傳遞給建筑物，從而保障建筑物的牢固性。

其次，隔震層是為了提高結(jié)構(gòu)的抗震能力，在工程中設(shè)計(jì)隔震層，并采用減隔震技術(shù)，通過(guò)在隔震層主體結(jié)構(gòu)全部由疊層橡膠隔震支座拖起，上部混凝土結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)底板完全斷開，同時(shí)設(shè)置粘滯性阻尼器，已限制建筑物在地震作用下產(chǎn)生過(guò)大水平位移。利用橡膠支座的水平柔性形成一道柔性隔震層，從而吸收和耗散地震能量。

最后，特殊材料的隔震應(yīng)用利用一些特殊的抗震材料能夠有效地將地震帶來(lái)的震感削弱，鞏固建筑的整體結(jié)構(gòu)，將地震帶來(lái)的影響大大降低。通常在傳統(tǒng)的建筑當(dāng)中會(huì)使用沙子或者黏土等材料來(lái)進(jìn)行設(shè)置隔震阻擋，或者是使用其他的材料進(jìn)行加固，達(dá)到抵抗地震的效果。

隨著科技的不斷進(jìn)步發(fā)展，現(xiàn)在越來(lái)越多的格針材料能夠被運(yùn)用到建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，比如彈性隔震磚、隔震支座、抗拉裝置等。而且還會(huì)有更多的先進(jìn)的抗震技術(shù)被不斷地研究發(fā)展出來(lái)。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員如果能夠?qū)⑻厥獾母粽鸺夹g(shù)和特殊的隔震材料進(jìn)行結(jié)合使用。就能夠充分地發(fā)揮出隔震的優(yōu)勢(shì)。嗯最大程度的減輕地震所帶來(lái)的負(fù)面影響。尤其是對(duì)于一些高層建筑來(lái)說(shuō)。必須要進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)，要針對(duì)不同的建筑需求以及不同地區(qū)的地理環(huán)境和地質(zhì)結(jié)構(gòu)去選擇更為合適的隔震技術(shù)，充分發(fā)揮隔震技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，確保達(dá)到建筑的隔震需求，降低地震帶來(lái)的建筑結(jié)構(gòu)反應(yīng)。此外，在抗震設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，還有一種方式叫做懸掛隔震模式，其主要原理就是通過(guò)減輕對(duì)地面的承載力而達(dá)到一定的減震效果，這種隔震方式能夠讓建筑物的重量懸掛起到良好的效應(yīng)。由于地震是屬于地質(zhì)災(zāi)害，是需要通過(guò)地面反應(yīng)來(lái)發(fā)生的，因此利用這一技術(shù)就能夠保證在地震發(fā)生的時(shí)候地震帶來(lái)的波動(dòng)，不會(huì)傳導(dǎo)到懸掛起來(lái)的建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，有效地避免了地震帶來(lái)的損害。在一些大型的鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，如果能夠有效地采用懸掛隔震技術(shù)，使鋼結(jié)構(gòu)體系中的各個(gè)分子模塊和框架體系共同發(fā)力，達(dá)到一定的抗震作用。

3.2 建筑走向設(shè)計(jì)

上文中也提到過(guò)建筑物的走向，會(huì)直接影響地震所帶來(lái)的危害，我國(guó)對(duì)建筑行業(yè)一直有著相關(guān)的規(guī)定，在開始建設(shè)一個(gè)建筑工程的時(shí)候，必須要去全面的評(píng)定該建筑物所在的地理位置，先進(jìn)行一定的巖土勘察或者地質(zhì)勘察等工作。要全方面去對(duì)該地區(qū)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，針對(duì)一些風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析，然后在去結(jié)合實(shí)際的建筑需求和建筑結(jié)構(gòu)以及評(píng)定結(jié)果，制定更加科學(xué)完善的抗震措施，同時(shí)還要不斷的去完善抗震工作，確保建筑物的抗震能力能夠達(dá)到一定要求，并且在一定時(shí)間的推移下，抗震能力能夠依舊保持穩(wěn)固。再進(jìn)行地質(zhì)勘察的過(guò)程中，首先要明確了解的就是地震的大致走向，以確保建筑物的走向和地震的震向之間，呈現(xiàn)出的是一種垂直狀態(tài)。其次在進(jìn)行地質(zhì)勘查的時(shí)候，還要注意針對(duì)一些若土地基或者接近地震帶的區(qū)域進(jìn)行全面勘測(cè)，避免將建筑物建筑在這些地區(qū)之上，同時(shí)還要在施工之前去對(duì)當(dāng)?shù)氐囊恍┧那闆r，防止其他自然災(zāi)害給建筑物帶來(lái)一定的損害。在當(dāng)代建筑中，常見的建筑結(jié)構(gòu)大部分都屬于鋼筋混凝土或者磚混結(jié)構(gòu)，這些材質(zhì)的建筑結(jié)構(gòu)本身就具有較強(qiáng)的承載能力，能夠保證建筑物的牢固，同時(shí)還能夠加強(qiáng)建筑本身的抗震性。要想選取更為合適的建筑結(jié)構(gòu)，就必須要設(shè)計(jì)者在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況來(lái)選擇更為合適的建筑材料進(jìn)行建造，在幫助建筑企業(yè)降低建設(shè)成本的同時(shí)，還要全面保證建筑的質(zhì)量。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的減震措施

不同于格政策是減震措施，主要就是在建筑物的外圍進(jìn)行加固建設(shè)，通過(guò)在外部增加一些零件讓建筑物本身的阻力，能夠得到有效地增加，從而達(dá)到減震的效果。在利用減震措施來(lái)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，通常會(huì)采用阻尼和消能器兩種裝置，來(lái)提高建筑的抗震能力。我們所熟知的大興機(jī)場(chǎng)就是建在了震動(dòng)強(qiáng)烈的軌道交通之上的，那么他本身是如何去做到減少這種震動(dòng)帶來(lái)的影響的，其實(shí)就是利用了有效的減震措施，將整個(gè)地下1層做成了一個(gè)隔震層，在這一層用了1320個(gè)減震柱，再加上144個(gè)抗震阻尼，用這些減震裝置把整個(gè)地下一層做成一個(gè)隔震的樓層，機(jī)場(chǎng)1-5層包含的結(jié)構(gòu)都是建在這個(gè)由一千多根柱子所組成，搭建起來(lái)的一個(gè)大的平板上，也就是說(shuō)機(jī)場(chǎng)的下部結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)通過(guò)隔震層分開，中間是軟柱進(jìn)行支撐，當(dāng)?shù)紫庐a(chǎn)生震動(dòng)的時(shí)候，是傳達(dá)不到機(jī)場(chǎng)樓本身的[5]。甚至于在未來(lái)如果發(fā)生地震的時(shí)候，他的整個(gè)整板都是活的，所以他的抗震系數(shù)就更強(qiáng)。在自然災(zāi)害頻發(fā)的今天，人們對(duì)建筑的安全性抗震性，抗災(zāi)害性都格外的關(guān)注，這也就是得更多的新型建筑理念不斷涌現(xiàn)，也給減震技術(shù)帶來(lái)了全新的發(fā)展，減震裝置的有效應(yīng)用能夠防范地震所帶來(lái)的極大危害，增加了建筑本身的牢固性和抗干擾性[6]。同時(shí)減震裝置已經(jīng)成為了建筑物的抗震加固措施，通常在開始進(jìn)行建設(shè)之前，就需要設(shè)計(jì)出相應(yīng)的減震裝置和減震方案，以確保減震措施能夠滿足實(shí)際的抗震需求，確保建筑物的性能得到大幅度的提升[7]。

3.4 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)研究力度，完善檢測(cè)

由于我國(guó)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中依舊沒有做到十分完美，可能還會(huì)存在一些弊端和問(wèn)題，而且在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候很多隔震性能沒有進(jìn)行驗(yàn)證，或者驗(yàn)證結(jié)果不是特別理想，這些也都會(huì)直接影響建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。通常在實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一般會(huì)使用一些模擬式樣的方式來(lái)進(jìn)行，但是由于實(shí)驗(yàn)方式大部分只是針對(duì)水平向的地震來(lái)進(jìn)行設(shè)定，能夠分析出這一狀態(tài)下地震所產(chǎn)生的影響，這也就使得最終的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在著一定的弊端[8]。因此還需要不斷的完善加強(qiáng)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究力度，利用先進(jìn)的技術(shù)手段，或者是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)3D模型設(shè)計(jì)，模擬地震發(fā)生的規(guī)律，然后進(jìn)行多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，選擇出最為合適的減震隔震裝置。此外由于我國(guó)目前的一些隔震裝置并不完善，在隔震力度上還有待進(jìn)一步加強(qiáng)，因此對(duì)于這一技術(shù)還需要相關(guān)的技術(shù)人員能夠進(jìn)行反復(fù)的測(cè)試，并在應(yīng)用過(guò)程中進(jìn)行不斷的完善和檢測(cè)，確保隔震措施能夠在未來(lái)災(zāi)害發(fā)生的時(shí)候，發(fā)揮其最大的作用，保護(hù)人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，為建筑行業(yè)的良好發(fā)展奠定條件。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，我們常說(shuō)災(zāi)難無(wú)情，人有情，在面對(duì)大自然的災(zāi)害時(shí)候，雖然人類是渺小的，但是我們始終相信人類的智慧是偉大的。而且近年來(lái)隨著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中隔震減震措施得到了廣泛的應(yīng)用，而且有很多成功的案例對(duì)這些技術(shù)得到了很好的驗(yàn)證，這也就說(shuō)明了，減隔震措施，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力有著不可忽視的作用，因此有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該不斷加強(qiáng)這方面的技術(shù)研究，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決建筑結(jié)構(gòu)中可能存在的隱患或安全問(wèn)題，為人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全保駕護(hù)航。