建筑結(jié)構(gòu)隔震與減震設(shè)計問題分析與措施探討

陸旭東

寧波市房屋建筑設(shè)計研究院有限公司 浙江 寧波 315000

房屋建筑與民眾利益的緊密關(guān)聯(lián)已經(jīng)成為公認(rèn)的事實。房屋作為人們?nèi)粘Ｉ畹幕拘枰?，不僅關(guān)乎個人的居住條件和生活質(zhì)量，同時也關(guān)系到社會的整體發(fā)展和進(jìn)步。隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對房屋建筑的舒適性和美觀性的重視逐漸加強。房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計對于房屋的功能性、美觀性以及安全實用性具有決定性的影響。一種不合理的設(shè)計方案可能會導(dǎo)致房屋的使用效果不佳[1]，使用壽命縮短，甚至危及人們的生命安全。因此，建筑師需要在設(shè)計過程中兼顧多方面的考慮，確保房屋的整體質(zhì)量和性能?；A(chǔ)設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容。它是建筑物的基礎(chǔ)，承受著建筑物的重量和荷載，起著穩(wěn)固房屋的作用?，F(xiàn)代化建筑對于基礎(chǔ)設(shè)計的要求越來越高，需要考慮地質(zhì)條件、土壤結(jié)構(gòu)、荷載等多方面因素，才能確?；A(chǔ)的牢固和穩(wěn)定[2]。

1 相關(guān)概念分析

1.1 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

地震是一種具有復(fù)雜性和不可預(yù)見性的自然災(zāi)害。盡管科技進(jìn)步了許多，但至今仍無法對地震進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測。因此，在建筑工程中，抗震規(guī)劃顯得尤為重要。然而，建筑構(gòu)造存在較大的差異性，環(huán)境也會對建筑工程產(chǎn)生影響，這導(dǎo)致不穩(wěn)定因素存在于抗震規(guī)劃中。為了提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震水平，抗震規(guī)劃需要在預(yù)算得到嚴(yán)格管控的同時，借鑒先進(jìn)的理論或經(jīng)驗?？拐鹨?guī)劃的目的是確保建筑在地震發(fā)生時能夠保持穩(wěn)定，從而保護(hù)人員和財產(chǎn)的安全。這需要從建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計、材料的選擇、施工的過程等多個方面來考慮，確保建筑具備足夠的抗震能力。在抗震規(guī)劃中，需要考慮的因素非常多，如建筑的高度、形狀、地基的情況、地震波的影響等等。因此，抗震規(guī)劃需要專業(yè)的人員進(jìn)行評估和設(shè)計，以確保建筑能夠在地震發(fā)生時承受住地震的沖擊[3]。

1.2 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原則

多設(shè)置抗震防線，預(yù)留冗余，提升抗震能力是非常重要的。在建筑的設(shè)計和施工過程中，應(yīng)該充分考慮到地震的可能性，并采取相應(yīng)的措施來提高建筑的抗震能力。這包括采用抗震材料、增加結(jié)構(gòu)的剛度和延性等。同時，預(yù)留冗余是指在建筑物的設(shè)計中，增加一些額外的強度和剛度，以便在地震時能夠吸收更多的能量，從而減少損傷和破壞。

對消耗地震震能的結(jié)構(gòu)構(gòu)件要具備良好的剛度和延性。在地震中，建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件會受到巨大的力量，這時如果它們沒有足夠的剛度和延性，就會發(fā)生破壞。因此，在設(shè)計和施工過程中，應(yīng)該充分考慮到這些因素，確保構(gòu)件能夠承受住地震的力量。

處理構(gòu)件強弱關(guān)系，保持彈性狀態(tài)，延長有效屈服時間也是非常重要的。在地震中，建筑物的構(gòu)件會受到不同的力量，因此需要處理它們之間的強弱關(guān)系，確保整個建筑物的穩(wěn)定性。同時，保持彈性狀態(tài)和延長有效屈服時間也能夠有效地減少地震造成的損壞。

遵守四強三弱原則，以承受橫向荷載的構(gòu)件為主。四強三弱原則是指建筑物中的四個強點（承重墻、框架結(jié)構(gòu)、剪力墻和桁架）和三個弱點（地板、墻面和屋頂），在設(shè)計和施工過程中應(yīng)該特別關(guān)注。此外，對于承受橫向荷載的構(gòu)件，也應(yīng)該特別關(guān)注，以確保建筑物在地震中能夠保持穩(wěn)定。

2 影響房屋建筑基礎(chǔ)設(shè)計的因素

2.1 上部結(jié)構(gòu)

房建工程由地基和基礎(chǔ)上部的結(jié)構(gòu)組成，它們必須形成一個牢固的整體，以確保工程的整體安全性。上部結(jié)構(gòu)的存在依賴于地基提供的堅固基礎(chǔ)，而地基可能發(fā)生嚴(yán)重變形，對整個工程的穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。

在進(jìn)行地基設(shè)計時，需要綜合考慮上部結(jié)構(gòu)自身的剛度和可能給地基帶來的變形風(fēng)險。如果上部結(jié)構(gòu)的剛度過大，可能會給地基施加過大的載荷，從而導(dǎo)致地基發(fā)生變形。因此，在設(shè)計地基時，需要根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的特點和可能產(chǎn)生的載荷進(jìn)行合理的設(shè)計，以避免地基的變形。

首先，要了解上部結(jié)構(gòu)的荷載特性，包括靜態(tài)和動態(tài)荷載。靜態(tài)荷載通常來自建筑物自重、使用荷載和環(huán)境荷載等。動態(tài)荷載則涉及到地震、風(fēng)荷載等外部因素。通過詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析和計算，可以確定上部結(jié)構(gòu)在各種荷載情況下所承受的力和應(yīng)力分布情況。其次，要考慮上部結(jié)構(gòu)對地基產(chǎn)生的變形影響。不同的結(jié)構(gòu)形式和材料具有不同的剛度和變形特性。如果上部結(jié)構(gòu)剛度過大，可能會導(dǎo)致地基產(chǎn)生較大的沉降或傾斜。因此，在設(shè)計地基時，需要進(jìn)行合理的彈性變形計算，并采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣硐拗频鼗淖冃巍＿@可能包括增加地基的面積、選擇適當(dāng)?shù)牡鼗愋停ㄈ鐢U大基礎(chǔ)、樁基等）以及采用補償性沉降措施。同時，還應(yīng)考慮地基的地質(zhì)條件和水文條件。地質(zhì)條件包括土層的類型、厚度、穩(wěn)定性等，而水文條件則涉及到地下水位、土壤飽和度等因素。這些因素會直接影響地基的穩(wěn)定性和變形特性，因此在地基設(shè)計中需要充分考慮并采取相應(yīng)的對策。最后，地基工程施工過程中的質(zhì)量控制也十分重要。地基的施工質(zhì)量直接影響到整個工程的安全性和穩(wěn)定性。因此，在施工過程中需要進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控和檢測，確保地基的實際情況符合設(shè)計要求，并及時采取糾正措施[4]。

2.2 地質(zhì)條件

地基設(shè)計需要考慮土剪力，以避免地基變形。土剪力是土壤受外力作用后發(fā)生的變形，是影響地基基礎(chǔ)質(zhì)量的重要因素。因此，在地基設(shè)計時，需要根據(jù)土壤類型、土層厚度和地下水位等因素來確定合適的地基類型和深度，以保證工程的穩(wěn)定性和安全性。在工程選址時，應(yīng)該嚴(yán)防滑坡，避免軟弱地層造成滑坡。滑坡是地質(zhì)災(zāi)害中的一種，是因為地層不穩(wěn)定、坡度過大或水土流失等原因?qū)е峦恋鼗瑒?。因此，在選址時需要進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑u估，避免選址在滑坡區(qū)域，或者采取相應(yīng)的防治措施。

2.3 施工環(huán)境

在房建工程中，天然地基是一種常見的基礎(chǔ)形式。然而，利用天然地基進(jìn)行房建工程可能存在一些問題。首先，天然地基的沉降性能和承載能力可能與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)存在差異，這可能會對房屋的穩(wěn)定性和安全性產(chǎn)生影響。為了改善地基性能，樁基礎(chǔ)施工是一種常見的方法。然而，樁基礎(chǔ)施工過程可能會干擾周邊環(huán)境[5-7]。例如，樁基礎(chǔ)作業(yè)期間可能會產(chǎn)生擠土、振動和噪音等擾動，這些擾動可能會對周邊居民和建筑物造成影響。如果這些擾動造成嚴(yán)重影響，可能會導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失。因此，在樁基礎(chǔ)作業(yè)期間，需要嚴(yán)格控制可能對周邊環(huán)境造成不利影響的施工行為，確保地基基礎(chǔ)和施工環(huán)境的安全。

3 建筑結(jié)構(gòu)主要隔震措施

3.1 層間隔震

層間隔震是一種在建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)置耗能減震設(shè)施，以減弱并吸取地震波能量的技術(shù)措施。它的主要作用是強化和幕布基礎(chǔ)隔震的不足，使其成為建筑隔震舉措中不可或缺的步驟。層間隔震通常位于建筑結(jié)構(gòu)較上的部分，但是其位置的變化并不會影響其對于減震的功效。由于地震波在建筑結(jié)構(gòu)中傳播時會產(chǎn)生巨大的能量，如果沒有采取相應(yīng)的減震措施，建筑物很容易發(fā)生嚴(yán)重的損壞和崩塌。層間隔震技術(shù)通過在建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)置耗能減震設(shè)施，可以有效地減弱地震波的影響，保護(hù)建筑物的安全性和穩(wěn)定性[8]。在日本，由于地震頻繁，層間隔震技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。不僅在新建房屋中，老房加固也可以采用這種技術(shù)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。層間隔震技術(shù)的應(yīng)用，為建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力提供了可靠的保障，為人們的生命財產(chǎn)安全提供了重要的保護(hù)。

3.2 懸掛隔震

隔震技術(shù)在建筑工程中是非常重要的一項技術(shù)，它可以有效地減少地震帶來的破壞和損失。其中比較常見的一種隔震技術(shù)就是懸掛隔震。懸掛隔震是指將建筑結(jié)構(gòu)整體懸吊起來，防止地震波傳遞至建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部。這種技術(shù)可以有效地降低地震對建筑結(jié)構(gòu)的影響，從而保障建筑的安全性。在懸掛隔震技術(shù)中，巨型鋼架框懸掛體系是最為著名的一種隔震設(shè)備。這種設(shè)備主要包含框架和子結(jié)構(gòu)兩個部分，它們互相獨立，可以達(dá)到互相分離的力學(xué)效果。這種設(shè)備的好處是可以有效地減少地震對建筑的影響，使建筑在地震中更加安全。除了巨型鋼架框懸掛體系，懸掛隔震技術(shù)還常常用于橋梁建設(shè)和火電廠鍋爐架等[9]。這些建筑物在地震中容易受到影響，而采用懸掛隔震技術(shù)可以有效地減少地震對它們的影響，從而保障它們的安全性。

3.3 加固減震

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，傳統(tǒng)建筑的施工方法逐漸被現(xiàn)代化的建筑設(shè)計所取代。然而，傳統(tǒng)建筑施工忽視抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)象卻依然存在。在地震頻發(fā)的區(qū)域，這種現(xiàn)象更加令人擔(dān)憂。因此，現(xiàn)代化建筑設(shè)計必須強化舊房減震功能，以確保人們的生命和財產(chǎn)安全。為了加固建筑結(jié)構(gòu)，添加阻尼、消震設(shè)備等措施是最廣泛使用的方法。這些設(shè)備可以有效地減少地震帶來的損害。然而，這些措施成本較高，難以在所有建筑上都實施。因此，科學(xué)家們不斷尋找更加經(jīng)濟(jì)實用的加固技術(shù)。近年來，植筋技術(shù)引起了人們的廣泛關(guān)注。這種技術(shù)可以包裹混凝土至鋼筋外部，使其更優(yōu)質(zhì)地承受力。植筋技術(shù)手段多樣化，可以根據(jù)建筑物實際情況挑選不同種類的植筋。這種技術(shù)相較于傳統(tǒng)加固手段具有顯著優(yōu)勢，在地震帶得到廣泛運用。

3.4 地基隔震

地震是一種自然災(zāi)害，對建筑物造成的破壞是不可避免的。然而，通過科學(xué)的設(shè)計和材料選擇，可以減輕地震波對建筑物的破壞。其中，基礎(chǔ)是關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)之一?；A(chǔ)位于建筑物與地震能量之間的夾層中，與地面直接接觸。在地震發(fā)生時，基礎(chǔ)的作用是將能量轉(zhuǎn)移至地下，減少地震波對建筑物的影響。近年來，隨著科技的發(fā)展，設(shè)計人員開始注重基礎(chǔ)材料的選擇。地基成為減輕地震波對建筑物破壞的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)[10]。隔震材料的使用可以降低工程成本，提高建筑物和地基在地震發(fā)生時的滑動效率，達(dá)到減震的目的。然而，高頻振動會對墊層材料造成磨損，使墊層中的砂粒不斷排出，增強地面與建筑物之間的摩擦，導(dǎo)致接觸區(qū)出現(xiàn)裂縫。為了解決這個問題，現(xiàn)在常用的墊層材料是層壓橡膠，大大提高了建筑的減震能力。疊層橡膠中加入局部鋼板，有效地將鋼板和橡膠結(jié)合在一起，成為優(yōu)秀的減震設(shè)備。鋼板的作用是抑制相鄰的橡膠墊，而橡膠墊的彈性特性有助于它們在內(nèi)部發(fā)生顯著變形的同時保持強大的穩(wěn)定性。

3.5 基礎(chǔ)隔震

基礎(chǔ)隔震技術(shù)是一種高質(zhì)量的隔離裝置，可以有效地降低地震波對建筑上部結(jié)構(gòu)的不利影響，并提高整個建筑的抗震效率。這種技術(shù)的核心是基礎(chǔ)隔震體系，包括上部結(jié)構(gòu)、隔震裝置和下部結(jié)構(gòu)三個環(huán)節(jié)。通過利用結(jié)構(gòu)的長周期性，基礎(chǔ)隔震技術(shù)可以通過建筑物底部的集體位移來降低上部結(jié)構(gòu)位移的強度，并將地震波的強度傳遞到地面或被吸收，從而確保上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性?；A(chǔ)隔震技術(shù)的研究成果最初來自于東京帝國酒店的軟土地基，但并不是所有軟土地基都能達(dá)到相同的效率。目前，地基隔震技術(shù)已經(jīng)發(fā)展出多種材料來取代軟粘土層。這些新材料包括橡膠、鋼板和混凝土等，可以在提高建筑物抗震性能的同時，降低耗費的成本和時間。盡管基礎(chǔ)隔震技術(shù)在抗震領(lǐng)域擁有重要的地位，但它的經(jīng)濟(jì)效益相對較低，在我國的實際建筑設(shè)計中應(yīng)用也相對較低。然而，技術(shù)人員和學(xué)者正在逐步增加對基本隔離系統(tǒng)的探索，努力在保持其可靠性的同時提高其經(jīng)濟(jì)效率，從而有效地促進(jìn)了中國經(jīng)濟(jì)利益的積極發(fā)展?；A(chǔ)隔震技術(shù)是一種重要的抗震技術(shù)，可以有效地降低地震波對建筑物的不利影響，并提高整個建筑的抗震效率。雖然它的經(jīng)濟(jì)效益相對較低，但技術(shù)人員和學(xué)者正在不斷努力，以提高其經(jīng)濟(jì)效率和實用性，在中國的實際建筑設(shè)計中發(fā)揮更加重要的作用。

4 結(jié)束語

隔震減震措施對建筑物的穩(wěn)定性和安全性有著直接的影響，尤其是在地震頻繁的地區(qū)，建筑的抗震性能更是需要得到充分的保障。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員需要充分了解建筑設(shè)計的具體情況，通過扎實的理論基礎(chǔ)和豐富的設(shè)計經(jīng)驗，科學(xué)選擇隔震措施以及減震措施，最大程度地保證建筑結(jié)構(gòu)體系的安全穩(wěn)定。為了確保設(shè)計的有效性和落實各項設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，設(shè)計人員需要嚴(yán)格按照法律法規(guī)，結(jié)合建筑設(shè)計實踐對其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。同時，科學(xué)控制隔震結(jié)構(gòu)材料，保障建筑結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性。只有這樣，才能達(dá)到最佳的抗震減震性能，提高建筑物在地震來臨時的抵御能力。隔震減震措施在建筑質(zhì)量方面起著至關(guān)重要的作用。因此，在建筑設(shè)計中，設(shè)計人員需要對各種隔震減震措施有著充分的了解和認(rèn)識，以選擇最適合的措施來確保建筑物的穩(wěn)定性和安全性。同時，設(shè)計人員需要充分考慮建筑物所處的地理位置、建筑物的用途、設(shè)計風(fēng)格等因素，以確保隔震減震措施的有效性。