淺談建筑結構防震技術

摘 要：建設穩固安全的抗震建筑是降低地震后人員傷亡率的重要手段，而建設穩固安全的抗震建筑必須加強對建筑結構防震技術的研究。文章從多方面對“剛性抗震”與“柔性防震”等建筑結構防震技術進行了認真的分析，為建筑結構防震技術人員提供了參考。

關鍵詞：建筑結構；防震技術；剛性抗震；柔性防震

在地球上，地震是不可抗力引發的自然災害之一，常常會給人類帶來巨大的人員傷亡與經濟損失。許多年來，世界各國都在想方設法防止和減輕地震災害。盡管現代科學技術已經進入了快速發展的時代，但由于地球內部結構的復雜性和地殼運動大大提高地震的難以預測性，目前，我們仍然無法預測地震，自然也無法完全避免。地震導致的人類直接傷害非常小，但是由地震引發的海嘯、泥石流、山體滑坡、建筑損壞等危險因素，常會導致巨大的人員傷亡[1]。尤其值得注意的是，在現代城市發展的過程中，以磚石、鋼筋混凝土以及高層建筑結構為主要結構形式的現代建筑越來越多，生活區非常密集，這樣，在地震引發的建筑物破壞或倒塌時，產生的次生災害常常導致大量的人員傷亡。可見建設穩固安全的抗震建筑是非常重要的。

1 建筑結構防震技術的類型

目前，在建筑結構防震技術中最常見的技術主要有兩種類型，一種類型是傳統的“剛性抗震”，就是通過提高建筑結構的強度，達到抗破壞能力目的的設計方法。在這種設計前提下，設計師可以通過提高建筑結構的強度，提高結構的抗變形能力，同時還可以通過塑性設計，達到提高結構延性以及防倒塌的能力。另一種類型是“柔性防震”就是消能減震以及隔震技術，通過這兩種技術將沖擊從“硬抵抗”轉為“軟消除”[2]。“隔震”就是將地震進行隔離，就是在建筑物的基礎部位、底部或者上下部結構間設置阻尼裝置、隔震器等設備組成的能夠進行整體復位的隔震層，其目的是為了延長整個建筑結構系統的固有振動周期，降低對上部結構地震能量的輸入，進而達到防震的目的。消能減震指的是結構設置能量耗散裝置，通過能量耗散裝置的相對變形和能量耗散提供附加阻尼，消耗輸入結構能量，進而達到預期的防震要求。“柔性防震”的這兩種設計類型都是通過特殊的裝置，減少輸入到結構中的地震能量，降低地震對建筑物的影響以及上部結構對地震能量的響應，達到防震的目的。

2 兩種建筑結構防震技術比較

2.1 剛性抗震技術

對于鋼筋混凝土建筑結構，目前世界上大多數國家主要采取“剛性抗震”設計，通過增加抵抗側向力的組件（如增加梁、柱截面）；改善混凝土等級以及增大配筋等方式提高建筑的剛度與延性，進而達到抗震的目的。但是，這種方法存在著一定的缺點：①建筑的剛度越大，在發生地震時引發的地震加速度越大，受到地震的作用更強。②無論建筑的剛度有多大，在強烈地震的作用下，抵抗力是非常有限的，仍然會受到極大的影響，很難保證在強烈地震的影響下不被破壞，只能做到不倒塌。

2.2 柔性防震技術

2.2.1 隔震技術

我國隔震技術的應用相對較晚，2010年的抗震規范中將橡膠隔離支座作為隔震技術列入，并且同時指出，隔震技術能夠應用于低層或者多層的建筑之中，由于橡膠隔離支座在抗拉屈服強度上相對較低，必須對非地震作用下的水平荷載進行限制，在硬土場地中比較適合各種建筑的建設。

在發生強震的情況下，隔震層是隔震建筑發生變形的主要部位，隔震通常能夠使上層建筑水平方面的地震加速度效應大大降低，進而有效減輕或者消除建筑結構的損壞。在當前，世界各國使用的隔離支座主要有兩種類型，即滑動隔震支座與橡膠支座。在橡膠支座中，疊層橡膠支座的應用率高達90%以上。目前，隔震技術已逐漸成熟，理論與實踐證明，隔震技術無論在抗震性能上，還是在經濟性上，都相對具有優勢。但是，隔震技術也有自身難于克服的缺點：（1）隔震技術只能有效降低水平方向的地震作用，而無法有效降低豎直方向的地震作用；（2）隔震層中配置的設備配管與配線必須采取柔性連接的方式或者采取其他方式進行連接，以避免在發生強烈地震情況下因水平位移導致的損害，這樣就增加了建筑的造價[3]。

2.2.2 消能減震技術

通過附加耗能阻尼器的非線性遲滯阻尼或阻尼器減少能量消耗降低地震對結構造成的影響，以保護主體結構不被損壞或只是發生較小的損壞。能量耗散組件主要由能量耗散器、墻體、斜撐梁等構件組成。能量耗散器主要有位移相關型能量耗散器、速度相關性能量耗散器等類型。位移相關型能量耗散器主要有金屬屈服能量耗散器與摩擦能量耗散器；速度相關性能量耗散器主要有黏彈性能量耗散器與黏滯性能量耗散器。

消能減震技術具有諸多優點：（1）能量耗散組件不支撐結構，即使在地震時能量耗散組件發生塑性變形，也不會對結構的承重情況造成影響，這樣，主體結構就等于受到了非結構構件的保護，并且能量耗散組件和隔震支座相比更容易更換；（2）消能減震技術還不會受到結構類型的限制，適合各種各樣的延性結構，可用于新建的建筑和抗震加固建筑。（3）使用消能減震技術可以有效地降低地震作用下結構的位移以及加速度響應。研究發現，只要能夠將消能減震裝置應用于結構，不但能夠有效降低地震時結構的地震反應，同時還可以大大降低地震對結構造成的水平方向以及豎向的作用，這就是消能減震技術區別于隔震技術的特征[4]。

在結構設計上，隔震技術與消能減震技術還存在另外的區別，例如，在計算使用隔震技術上部結構的抗震計算時，可以按照降低以后水平方向影響系數的最大值進行計算，也就是說，計算水平地震的地震烈度時可以按照水平方向的減震系數降低1.5°或者0.5°進行計算。使用消能減震技術進行抗震計算時就不能降低地震的烈度。此外，相關規范還規定無論是使用隔震技術還是效能減震技術設計的結構，其上部結構采取抗震構造的措施能夠適當降低，但是降低的幅度必須小于1°。

3 建筑結構防震技術推廣中存在的問題

盡管建筑結構防震技術已經逐漸應用于各種類型的建筑之中，但是作為新技術，建筑結構防震技術尚處于研究與完善階段，無論是安全性還是適用性尚需進一步研究。盡管相當多的設計師以及使用人員對建筑結構防震技術的認同度逐漸提高，但是其熟練程度以及科學運用的水平亟待提高。同時，在建筑結構中應用建筑結構防震技術勢必會提高建筑結構的造價。

4 結束語

總之，隨著科學技術的發展，建筑結構防震技術已經逐漸走向大中小城市，在應用過程中結構設計人員必須對建筑結構進行認真的分析，準確把握設計所需各項條件，認真研究設計方案，只有這樣，才能真正設計出抗震性能優良的現代建筑。

參考文獻

[1]王景龍.談對建筑結構防震抗震的探討[J].中國科技博覽，2010，8：318-318.

[2]陳明軍.混凝土建筑結構抗震的加固技術分析[J].金田，2012，8：280-280.

[3]楊建江，林楊.某教學樓抗震加固及結構形式改造[J].建筑結構，2011，8：153-156.

[4]賀云. 建筑物受震破壞的原因分析及現有房屋的抗震加固措施[J].河北職業技術學院學報，2011，4（3）：41-43.

作者簡介：劉保戰（1981，6-），男，漢，山東省金鄉縣，中級工程師，華東管道設計研究院。