基于隔震建筑物結構設計的分析

摘要：隔震技術是一門新興的應用科學，在結構設計中應用隔震技術，能很好地降低地震反應和抗震等級。同時隨著隔震技術的發(fā)展，隔震系統(tǒng)造價不斷降低，隔震房屋的經濟效益會越來越突顯。隔震技術代表未來抗震技術的發(fā)展方向，值得大力推廣應用。

關鍵詞：隔震技術;建筑物;隔震設計

1.隔震建筑的概念

隔震和消能是提高建筑物體耐震抗震的兩大途徑。消能是利用形變或是可破壞的斜撐桿或是可恢復的阻尼器，將建筑物的震動周期拉長，阻尼比增加，最后達到提高建筑物抗震能力的目的。但是消能的方式并不能很好的解決因地震造成的建筑物樓層間變位造成的墻面破裂、斜撐破壞等問題。而隔震是利用隔震器將地震時所產生的建筑物擺動轉換成建筑物對地面的橫向位移，地震的能力由隔振器吸收。這樣的隔震建筑很大程度的降低了因地震給建筑物帶來的扭曲、彎曲變形，降低建筑物搖擺度，從而降低了地震對建筑物構造和設備的破壞。隔震結構就是利用這樣的原理，在建筑物基礎結構和上部結構之間設置帶有阻尼器和隔震支座等隔震裝置的隔震層。

隔震技術不僅在新建工程中獲得應用，而且已用于現有建筑的抗震加固改造。隔震裝置可安裝在結構的防火層或設備層，隔震層可設置在結構的不同部位，如基礎、中間層等，也可設置在房屋的頂層，同時起到結構加層和抗震加固的目的。由于傳統(tǒng)的加固改造技術對結構震后的性能和不可靠程度缺乏準確地了解，故較難達到強度和延性的合理匹配。采用隔震技術對結構進行加固改造，通過在隔震層設置剛度很小的隔震裝置，將地震變形集中到隔震裝置上，相對于依靠結構本身的較高強度和較低變形來吸引地震能量而言，隔震結構的周期和阻尼都有很多的提高，故加速度和位移反應明顯降低。同時，耗能減震加固改造技術，智能材料加固改造技術，以及吸振減震加固改造技術等開辟了房屋加固改造的新途徑。

要創(chuàng)造出更加安全、實用、經濟美觀的建筑，設計建造出具有更加完整，安全系數高以及更加優(yōu)質美觀的建筑，避免地震災害給人類造成災難和損失，就必須做好建筑結構的抗震設計。

2.隔震層設計及選用的原則

2.1剛度及承載力

隔震建筑應保證其有足夠的豎向剛度及承載力，以保證其能夠穩(wěn)定支撐建筑物，同時具有足夠柔的水平剛度以保證該建筑物的隔震周期達到1.5～3.0s范圍內，并應能夠有效避開上部結構的自振周期和場地周期，同時應實現其水平剛度具有一定的穩(wěn)定性，以保證很其受豎向荷載影響很小，有效發(fā)揮其隔震作用;

2.2變形能力

應保證建筑物具有足夠大的水平變形能力，并保證其具有足夠的變形儲備，以確保建筑物在發(fā)生超大地震作用下不發(fā)生失穩(wěn)破壞現象;

2.3耐久性

保證建筑物耐久性足夠，以保障其在使用期內能夠有效發(fā)揮作用;

2.4高寬比

在設計過程中為了保證隔震結構的抗傾覆能力及地震發(fā)生時能夠有效防止上部結構與隔震層之間的分離，應控制結構的高寬比;

2.5剛度分布

對抗震結構的剛度應均勻分布，隔震層的布置應均勻，并盡量實現結構的剛度中心與上部結構質量中心之間的偏移盡量小，以保證其不致發(fā)生太大的扭轉而造成意外破壞;

3.隔震建筑的主要形式

3.1基礎隔震

基礎隔震是建筑新技術家族中的佼佼者，大量試驗研究及多次強震實踐表明，基礎隔震以其極少的投資換取很大的安全系數。基礎滑動隔震效果受地面運動頻率特性的影響較小，幾乎不會發(fā)生共振現象。

所謂基礎隔震，就是在建筑物的基礎與上部結構之間增設高度很矮，具有足夠可靠性的隔震層，控制地面運動向上部結構傳遞，地震時其能量可反饋到地面或由隔震層吸收，以大大減小結構及構件的地震反應，確保建筑物的整體安全，其內部設備不發(fā)生破壞或喪失使用功能，室內人員不遭受傷害也不會有強烈震感。同時，還可以防止結構內部的次生災害。主震后無需避震疏散，即使發(fā)生罕遇大震隔震房屋也不會倒塌。

在其中使用的橡膠隔震墊不僅有良好的隔震性能，而且該技術在造價方面也有其優(yōu)越性。隔震結構與一般結構相比，費用增加的部分包括：隔震構件、隔震層上面的樓面、設備管道的柔性接頭及相應的設計費用和施工費用。如果上部結構仍然按傳統(tǒng)的抗震設計，其總工程費用略有增加。、

采用基礎隔震設計上應注意：（1）在建筑周邊，隔震層部分要比基礎大一圈，因此場地要寬裕;（2）隔震層的周圍設擋土墻，其上部有墻外狹道等，因此要確保地震時不因上部結構的移動而帶來其它問題;（3）方便檢查和更換隔震裝置;（4）為使設備管線適應隔震層的位移和變形，常采用柔性連接或球型接點，但要考慮安放裝置及檢修的空間;（5）隔震建筑物與其它建筑物之間的聯(lián)系通道要適應相對變形，確保暢通無阻。

3.2中間層隔震

在基礎以上的中間樓層設置隔震層，下部結構同建筑物一樣直接與地基接觸，因此它不存在基礎隔震層建筑的底步積和墻體數量問題，但是隔震層以下的樓層要做抗震處理。在市場地不太寬裕時可以把隔震層設計在地面上，在空中變形有利于節(jié)約用地，同事也能有效減少地基的挖土量。

采用中間層隔震，設計上應該注意：（1）為適應隔震層的移動變形，該部分的建筑外墻應該設水平縫，要考慮防水隔音防火等，也要注意地面的協(xié)調美觀，（2）解決樓梯電梯井機器升降設備管線等貫穿隔震層的問題，并考慮防火區(qū)間的劃分;（3）便于檢查更換隔震裝置及耐火材料等。隔震裝置布置和選取的一般原則為：（1）隔震層具有適當的水平剛度，在強風作用下，隔震層具有足夠的初始剛度，在較大地震錯用時，隔震層產生柔性變形，能大大消弱回評地震作用：（2）隔震層的水平剛度中心宜與上部結構的質心基本一致：（3）隔震裝置具有足夠的豎向承載力和水平變形能力，在發(fā)生大地震時，可安全穩(wěn)定的支撐建筑物，不會出現失穩(wěn)破壞，能發(fā)揮隔震功能：（4）隔震裝置具有良好的自動復位功能，在發(fā)生大地震后，可基本復位到初始位置，當發(fā)生余震時，可繼續(xù)有效阿輝隔震作用（5）隔震裝置具有較大的豎向剛度，在設計豎向荷載作用下，豎向定位被控制在允許值以下;（6）隔震裝置的剛度和阻尼具有較好的穩(wěn)定性，有可能出現荷載的溫度安慰以內，其變化叫囂：（7）具有良好的耐久性抗老化抗疲勞扛徐變等性能，能在建筑物的試用期內發(fā)揮隔震的作用。

4.建筑結構的隔震設計中的注意事項

隔震建筑結構的設計要明確與非隔震建筑的結構區(qū)別，在充分理解的基礎上，才能對建筑物的隔震層結構進行規(guī)劃和設計。建筑物的隔震結構是通過隔震層來吸收大部分的地震輸入能量，因隔震層會產生較大的位移，此無論是在建筑規(guī)劃還是設備規(guī)劃或是施工規(guī)劃等諸多方面，都應充分考慮到這種特殊性。隔震層建筑結構設計的規(guī)劃重點是隔震層性能。而影響隔震層性能的兩大因素是阻尼器和隔震支架。隔震層的剛度和阻尼等特性取決于建筑物的目標性能。建筑物是優(yōu)先考慮居住性能，以人身安全為首要目的，還是以維持維護建筑物內的物品功能為優(yōu)先選擇。不同的目的會影響隔震層性能的傾向。要使分析預測得到的建筑物地震時的反應，能夠與各建筑所要求的性能相吻合，設計者必須要將要求性能設定為抗震目標性能，抗震目標性能的設定也就是針對外力作用的基本設計。因此，設定時要充分考慮到基準和標準。

5.結語

目前，國內有關隔震建筑物設計與施工之相關研究仍相當欠缺，對基礎隔震結構進行相應的地震反應分析工作時，需要建立一個能確切地反映高層建筑基礎隔震結構的發(fā)生實際變形狀況、并且計算相對簡便，而且結果誤差較小的計算模型。鑒于隔震建筑日趨普及，隔震建筑設計審查、隔震消能材料認證與驗證機制、以及評定機構之指定工作，已刻不容緩，如何有效結合產、官、學三方，盡早訂定完善之超高層隔震建筑設計審查機制、隔震消能材料試驗標準、以及裝設前中后之檢測，實為當務之急。

參考文獻：

[1]陳旻.建筑結構隔震技術研究[J].山西建筑，2009

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