建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)中的問題分析

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

地震災(zāi)害在某些區(qū)域會(huì)頻繁發(fā)生，根據(jù)調(diào)查內(nèi)容分析能夠知曉地震造成的經(jīng)濟(jì)損失較大，人員傷亡情況極為嚴(yán)重。在一系列的損失中，很多是因?yàn)榻ㄖ陨斫Y(jié)構(gòu)不穩(wěn)定而產(chǎn)生坍塌所造成的[1]。所以，建筑領(lǐng)域工作人員應(yīng)該在執(zhí)行任務(wù)的時(shí)候思考如何提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低地震所造成的經(jīng)濟(jì)損失，這是極為直觀的手段。在經(jīng)歷地震災(zāi)害后我國(guó)人民對(duì)房屋建筑本身的抗震性提出了更多的要求，人們的抗震意識(shí)也在此基礎(chǔ)上得到了顯著提升。這就需要相關(guān)技術(shù)人員知曉提升建筑抗震性能的重要價(jià)值，根據(jù)建筑工程地區(qū)的實(shí)際情況做好施工布置工作，在設(shè)計(jì)樓房結(jié)構(gòu)的時(shí)候進(jìn)行深層次的思考，真正提升建筑物本身的抗震性，這樣既能夠保證我國(guó)人民群眾的生命安全，也能夠促進(jìn)社會(huì)的健康發(fā)展。

1 地震對(duì)于建筑物本身的影響

地震波以體波和面波的形式存在。在進(jìn)行研究的時(shí)候工作人員又可以將讓體波進(jìn)行更加細(xì)致的劃分，其一為縱波，其二為橫波。面波也能夠分為瑞雷波以及諾福波。在上述的集中地震波形中，面波可以在地表區(qū)域進(jìn)行距離較遠(yuǎn)的傳播，橫波則能夠?qū)崿F(xiàn)在固體環(huán)境中的效率傳播[2]。縱波則可以在固體和液體之間實(shí)現(xiàn)傳播。體波的傳遞效果如其名字而言，縱波的傳遞會(huì)造成建筑物在上下空間區(qū)域的顛簸，橫波在出現(xiàn)則會(huì)造成建筑物在水平方向的左右位移。面波在傳輸能量的時(shí)候會(huì)比橫波要大，地震災(zāi)害中可以導(dǎo)致建筑物在水平和垂直兩個(gè)方向的移動(dòng)。從此能夠看出，建筑物的坍塌和損壞在很多情況下都是因?yàn)槊娌ǖ拇嬖诙斐傻?。工作人員在后續(xù)的工作任務(wù)中也需要注重對(duì)此種波形的特點(diǎn)進(jìn)行研究，并借此機(jī)會(huì)研究出更加適合的技術(shù)解決相應(yīng)問題。

2 建筑結(jié)構(gòu)隔震控制技術(shù)的發(fā)展和原理

2.1 發(fā)展

我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防準(zhǔn)則中已經(jīng)明確規(guī)定，在發(fā)生小型地震的時(shí)候建筑物結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生較大的形變，在發(fā)生中等規(guī)模地震的時(shí)候建筑物的結(jié)構(gòu)還能夠經(jīng)過修繕得到復(fù)原。在發(fā)生強(qiáng)烈地震的時(shí)候建筑物結(jié)構(gòu)可能會(huì)遭受到嚴(yán)重的破壞，這對(duì)于人民的生命安全已經(jīng)造成了極為嚴(yán)重的威脅[3]。這就需要工作人員提升建筑物的抗震能力。結(jié)合傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)工作內(nèi)容來看，人員會(huì)通過提升結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)抗震能力的提升。但是這種技術(shù)在實(shí)際使用的時(shí)候會(huì)存在兩個(gè)方面的問題。其一，在高烈度區(qū)，由于構(gòu)件辦上呢很的尺寸較大，建筑物的內(nèi)部空間以及使用性能會(huì)受到嚴(yán)重影響。其二，結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身具有延性和抵抗地震災(zāi)害的能力，雖然能夠在一定程度上防止建筑物產(chǎn)生坍塌的情況，但是在其損害程度較大的時(shí)候則需要利用較多的資金對(duì)其進(jìn)行復(fù)原。在這樣的研究背景下，如何有效利用并提升隔震技術(shù)的效果是工作人員需要積極思考的問題。

隔震控制技術(shù)的核心價(jià)值在于其能有效化解地震所產(chǎn)生能量，在二十世紀(jì)中期的時(shí)候就已經(jīng)得到了初步應(yīng)用，通過使用砂礫實(shí)現(xiàn)滑移隔震。隨后，工作人員針對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了更加深入研究，并開始采用鉛芯疊層橡膠技術(shù)，讓隔震技術(shù)能夠在原本的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)足的進(jìn)步[4]。在二十世紀(jì)，我國(guó)研發(fā)出了橡膠支座，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了初步的完善，構(gòu)成了成套的應(yīng)用體系。這也為其后續(xù)開展科研工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。減震控制技術(shù)的核心價(jià)值在于其能夠的消耗一定的地震能量，讓建筑物能夠?qū)Φ卣馂?zāi)害具有一定的承受能力。我國(guó)的減震技術(shù)在二十世紀(jì)末已經(jīng)能夠獲得飛躍性的進(jìn)展，并在二十一世紀(jì)得到了推廣和應(yīng)用，在此期間發(fā)揮課極為重要的價(jià)值和作用。

2.2 基本原理

在城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的當(dāng)今社會(huì)，建筑行業(yè)的發(fā)展速度獲得了顯著提升。人們對(duì)于建筑物的結(jié)構(gòu)安全性也提出了更多的期盼和要求。在這種工作形勢(shì)下，以往的抗震設(shè)計(jì)已經(jīng)無法滿足社會(huì)的實(shí)際需求。因此，工作人員應(yīng)該對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行吸收和采納，并將其應(yīng)用在新型技術(shù)中的，這樣才能夠更好地實(shí)現(xiàn)建筑物的隔震效果。就目前的情況來看，很多建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中已經(jīng)不斷融合了此種技術(shù)，讓隔震技術(shù)更好地展現(xiàn)出其穩(wěn)固建筑物結(jié)構(gòu)的作用。在建造建筑物的時(shí)候可以根據(jù)需求合理使用隔震支座，或者在關(guān)鍵位置放置阻尼器等，當(dāng)災(zāi)害發(fā)生的時(shí)候，這些裝置能夠及時(shí)阻礙地震對(duì)建筑物所產(chǎn)生的能量，進(jìn)而減輕對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的影響[5]。

3 建筑結(jié)構(gòu)主要隔震技術(shù)應(yīng)用途徑

3.1 地基隔震技術(shù)

地基位于整個(gè)建筑物的基礎(chǔ)位置，其位于建筑和地震發(fā)生區(qū)域的中間，與地面直接接觸，當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害來臨的時(shí)候其會(huì)直接承受地震波對(duì)其的沖擊力。正是因?yàn)榻ㄖ锉旧砭邆溥@種特性，工作人員在施工的過程中需要注重提升地基的抗震性，讓其能夠更好地起到緩沖作用。因此，工作人員應(yīng)該在日常工作中積極探索并應(yīng)用更好的地基材料，讓其能夠具備更強(qiáng)的隔震能力。比如，橡膠支墊、滾動(dòng)鋼球以及磁懸浮都是工作人員能夠采用的先進(jìn)材料。其中，工作人員最常使用的就是做好墊層工作，這樣能夠明顯降低地震波帶來的危害。在傳統(tǒng)的墊層選擇上，工作人員會(huì)選擇黏土和沙子，或者在二者之間加入一些土工布。此種辦法在使用的時(shí)候能夠節(jié)省更多的成本資金，在地震發(fā)生的時(shí)候也能夠有效增大建筑物和地基之間的滑移效果。但是這種技術(shù)在長(zhǎng)期使用后，如果要面對(duì)地面頻繁的振動(dòng)，墊層結(jié)構(gòu)會(huì)存在明顯的磨損，其中存在的沙層會(huì)因此出現(xiàn)不斷流失的情況，摩擦力會(huì)因此增加，經(jīng)過較長(zhǎng)的時(shí)間后，接觸面會(huì)逐漸無法發(fā)揮出應(yīng)有承擔(dān)能力，在接觸面甚至?xí)霈F(xiàn)裂縫。在當(dāng)前局勢(shì)下，很多建筑在建造的過程中會(huì)應(yīng)用隔震材料處理相關(guān)工作，疊層橡膠的應(yīng)用頻率較高，其減震效果也是極為顯著的。最為常見的是疊層橡膠材料本身并不由單一化的橡膠墊構(gòu)成，還會(huì)根據(jù)實(shí)際需求在其中加入夾層鋼板，并且需要和橡膠材料交錯(cuò)放置，使用時(shí)候的粘合劑進(jìn)行連接后可以投入使用，構(gòu)成專業(yè)的減震裝置[6]。鋼板的使用可以起到約束相鄰橡膠墊的作用，在再加上橡膠墊本身具有較好的彈性，可以在最大程度上減少內(nèi)側(cè)形變的可能性，確保其具備良好的穩(wěn)定性。是地基隔震材料中的首選類型。但由于材料在購(gòu)置的時(shí)候需要投入更多的成本資金，施工過程中也會(huì)存在諸多的難點(diǎn)，對(duì)于一些地震多發(fā)區(qū)并不適用。所以，在現(xiàn)代科技不斷發(fā)展的重要時(shí)期，研發(fā)人員可以制作并推出更加適宜的墊層材料，改性阻尼瀝青便是一種很好的選擇。此新材料的柔性較好，在使用的時(shí)候能夠?qū)崿F(xiàn)大部分地震波所產(chǎn)生的向上能量，能夠更好地阻礙地震威力。在使用此材料的時(shí)候能夠明顯發(fā)現(xiàn)隔震墊周期增大，減少了地震速度。再加上瀝青材料本身的造價(jià)較為低廉，在使用的時(shí)候不用耗費(fèi)更多的資金，在使用的時(shí)候具備更高的性價(jià)比。

3.2 基礎(chǔ)隔震技術(shù)

所謂的基礎(chǔ)隔震裝置會(huì)安裝在建筑物的基礎(chǔ)位置，以及上層結(jié)構(gòu)中，使用柔性連接的方式實(shí)現(xiàn)連接。這樣能夠更好地形成隔震系統(tǒng)。該系統(tǒng)在使用的時(shí)候能夠有效減少其對(duì)于上層建筑的影響，更好地起到減震作用?；A(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)體系在構(gòu)建的時(shí)候需要針對(duì)三種結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。其一是上層結(jié)構(gòu)，其二是隔震裝置，其三是下層結(jié)構(gòu)。此隔震技術(shù)的主要原理是利用結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期性特點(diǎn)，通過其在底層的集中位移狀態(tài)，進(jìn)而減少上層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)位移情況的幾率，建筑物所承受的地震能量可以更好地被地面所吸收，這樣能夠確保建筑的上層結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的穩(wěn)固性。這種技術(shù)在研發(fā)的時(shí)候會(huì)事先采用軟泥層地基材料，但并不能夠確保其在使用的時(shí)候時(shí)刻起到良好的作用，這就需要積極尋找替代品?；A(chǔ)隔震技術(shù)本身的經(jīng)濟(jì)性有待提升，因此只會(huì)在地震多發(fā)地帶使用，或者在重要的公共建筑中利用。比如，橋梁或者核設(shè)施等地區(qū)都會(huì)使用此項(xiàng)技術(shù)。但是其本身的發(fā)展前景較好，很多學(xué)者也在對(duì)其進(jìn)行完善。當(dāng)前環(huán)境下，我國(guó)橡膠鋼板疊層體系的構(gòu)建已經(jīng)起到了較好的減震效果。其所性價(jià)比也在逐步提升。但是此隔震技術(shù)在使用的時(shí)候雖然能夠在縱向方面實(shí)現(xiàn)高效率減震，但是基礎(chǔ)隔震技術(shù)能夠得以實(shí)現(xiàn)。因此，完善的基礎(chǔ)減震技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)性上的提升，維護(hù)我國(guó)社會(huì)的快速發(fā)展。

3.3 層間隔震技術(shù)

層間隔震技術(shù)在使用的時(shí)候需要在建筑結(jié)構(gòu)夾層以及原結(jié)構(gòu)之間放置減震裝置，這樣能夠切實(shí)降低對(duì)地震波的吸收。層間隔震技術(shù)可以彌補(bǔ)基礎(chǔ)隔震技術(shù)中的不足之處，能夠在重要的施工環(huán)節(jié)起到重要作用。這種技術(shù)相較于基礎(chǔ)隔震技術(shù)其結(jié)構(gòu)位置更加靠上。雖然結(jié)構(gòu)位置偏上，但是并不會(huì)減少其隔震效果。上部結(jié)構(gòu)能夠與減震裝置共同作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)自下而上地震波的吸收。此種技術(shù)不僅能夠在新房減震工作中起到重要作用，還可以對(duì)一些老舊建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的加固，其能夠真正促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的提升。在我國(guó)，層間隔震技術(shù)不局限于應(yīng)用在屋頂隔震中，也在更多工程建筑項(xiàng)目中發(fā)揮出了重要價(jià)值。在當(dāng)前局勢(shì)下，我國(guó)利用層間隔震技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)工作質(zhì)量的項(xiàng)目逐步增多。此技術(shù)一般情況下應(yīng)用于高層以及大空間的建筑項(xiàng)目中。隨著對(duì)層間隔震技術(shù)原理的深入研究，此技術(shù)的發(fā)展更加 成熟，并且能夠在未來的建筑行業(yè)中發(fā)揮出重要作用。

3.4 懸掛隔震技術(shù)

懸掛隔震技術(shù)的應(yīng)用核心原理指的是讓結(jié)構(gòu)內(nèi)部的所有結(jié)構(gòu)全部懸吊起來，防止其與地面產(chǎn)生接觸，地面波因此難以傳達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)本身。其中，最常應(yīng)用的是巨型鋼架框懸掛技術(shù)，這種技術(shù)在應(yīng)用的時(shí)候會(huì)利用主框架和與之相匹配的子結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)本身是相互獨(dú)立的，具有彼此隔離的力學(xué)作用。主框架一般情況下和常見的框架結(jié)構(gòu)一樣放置在建筑物中。但是，子結(jié)構(gòu)在應(yīng)用的時(shí)候則會(huì)采用懸掛的方式，能夠切實(shí)提升建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。懸掛隔震結(jié)構(gòu)會(huì)在橋梁建筑或者火電廠鍋爐等設(shè)備中應(yīng)用。在人們生活水平不斷提升的當(dāng)今社會(huì)，人們?cè)诰幼〉臅r(shí)候所會(huì)關(guān)注的不僅僅是建筑本身的性能和體驗(yàn)，對(duì)于其外觀的美觀性也具有了更多的要求。懸掛式隔震技術(shù)的應(yīng)用可以更好地契合現(xiàn)階段的發(fā)展形勢(shì)，建筑物與地面的接觸形式也會(huì)更加新穎。上懸掛下隔震結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也能夠促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)的多樣性，在期間發(fā)揮出更加意想不到的效果。在發(fā)展的過程中還可以使用阻尼裝置，這樣可以促進(jìn)建筑行業(yè)更好地發(fā)展。

3.5 耗能減震技術(shù)

在傳統(tǒng)的抗震技術(shù)中，承重構(gòu)件的主要作用是減震耗能，在災(zāi)害發(fā)生后這些構(gòu)件的原本形態(tài)已經(jīng)產(chǎn)生改變，并且難以用適合的技術(shù)對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。在使用減震技術(shù)后，工作人員可以在建筑物薄弱的地方放置減震裝置，其能夠在地震發(fā)生的時(shí)候可以產(chǎn)生對(duì)抗地震的能量，這樣能夠在最大程度時(shí)候能夠確保了建筑結(jié)構(gòu)的完整性。另外，受損裝置在更換的時(shí)候也會(huì)更加便利，能夠在最大程度上提升建筑物的抗震性。常見的耗能減震裝置如下，工作人員應(yīng)該根據(jù)需求合理選擇和應(yīng)用。首先是減震阻尼器。此裝置能夠增加結(jié)構(gòu)阻尼，并實(shí)現(xiàn)對(duì)地震能量的消耗，建筑物的振動(dòng)頻率會(huì)因此下降。此裝置的機(jī)理是變形速度與阻尼力量形成正比。第二種是位移相關(guān)型阻尼器，位移的大小將會(huì)直接關(guān)系到消耗地震能量的作用。其次是屈曲約束支撐技術(shù)。以往的支撐受壓會(huì)出現(xiàn)屈曲的情況，在地震災(zāi)害產(chǎn)生的時(shí)候其滯回性能較差。屈曲約束支撐技術(shù)在應(yīng)用的時(shí)候會(huì)使用到外套筒裝置，還會(huì)使用到質(zhì)地較硬的填充材料，這樣能夠更好地約束芯材受壓屈曲，結(jié)構(gòu)的抗震性能夠獲得顯著提升。最后，防屈曲鋼板剪力墻裝置是新型的產(chǎn)品，其核心技術(shù)為耗能鋼板，這樣無論在較大的地震還是較小的地震災(zāi)害中都能夠發(fā)揮出較好的效果。在產(chǎn)生較小的地震時(shí)，此裝置處于彈性狀態(tài)，在發(fā)生強(qiáng)烈地震的時(shí)候此裝置會(huì)位于屈服階段，并且能夠體現(xiàn)出較好的減震效果。

3.6 吸震技術(shù)

此技術(shù)在應(yīng)用的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)子結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。在地震發(fā)生的時(shí)候應(yīng)該進(jìn)行能量的重新分配，轉(zhuǎn)移振動(dòng)的方式可以實(shí)現(xiàn)減少對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響。此技術(shù)在當(dāng)前環(huán)境下存在兩種裝置形式。其一為調(diào)頻液體阻尼器，此裝置在使用的時(shí)候主要需要依靠水箱液體。其二為調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其能夠降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減震效果，真正提升整個(gè)工作的質(zhì)量，讓減震工作能夠具有更好的效果。

4 結(jié)束語

綜上所述，建筑行業(yè)在當(dāng)前社會(huì)中的發(fā)展速度已經(jīng)呈現(xiàn)出逐步提升的趨勢(shì)，人們對(duì)于建筑物本身的居住安全性也提出了更高的要求，在發(fā)展歷程中應(yīng)該合理應(yīng)用隔震技術(shù)處理以往建筑施工環(huán)節(jié)中的各類問題。在當(dāng)前局勢(shì)下，此種先進(jìn)技術(shù)的研究和應(yīng)用規(guī)模已經(jīng)更加廣泛，并在原本的技術(shù)層面上實(shí)施了改善，這樣能夠積極應(yīng)對(duì)不同的施工環(huán)境，針對(duì)需求使用相應(yīng)的隔震技術(shù)，在最大程度上提升了建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時(shí)，隔振控制技術(shù)的研究和發(fā)展也需要工作人員的強(qiáng)烈關(guān)注。比如，在應(yīng)用過程中如果存在的規(guī)范不健全的情況，或者是技術(shù)推廣苦難的問題，相關(guān)部門應(yīng)該制定出更加妥善的處理措施，對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)加以優(yōu)化處理，讓整個(gè)建筑行業(yè)在發(fā)展運(yùn)營(yíng)的時(shí)候都可以得到各方面的優(yōu)化。