建筑結構設計隔震減震技術淺析

王龍熙

（襄陽市市政工程設計院有限公司，湖北 襄陽 441000）

0 引言

在各種自然災害中，地殼運動引發的地震最具破壞性，例如2008年5月12日發生在四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣的8.0級大地震，這場大地震中，不僅導致學校、住宅、工廠和辦公樓倒塌，還導致眾多的生命瞬間消失。四川汶川大地震造成的嚴重影響，使人們更加重視建筑工程設計中對隔震減震措施的應用。

對比不同損壞程度建筑物的結構設計時，筆者發現，沒有采取隔震減震措施的建筑，損毀程度嚴重；科學合理采取隔震減震措施的建筑，依然穩如泰山。這一事實告訴我們，在確保建筑結構設計符合實際建設要求的同時，一定要采取隔震減震措施有效提高建筑的安全性和穩定性，有效保護人們的人身和財產安全[1]。本文從隔震減震技術應用的重要性出發，對建筑結構設計中所采用的隔震減震技術進行分析，希望可以為相關工作人員提供一些參考。

1 隔震減震技術在建筑結構設計中的作用

汶川大地震已經過去14年了，2023年2月土耳其7.8級大地震又讓我們想起當年的場面。缺乏隔震減震措施的建筑物在大地震面前毫無招架之力。圖1所示為土耳其7.8級大地震現場一隅。

圖1 土耳其7.8級大地震現場一隅（圖片來源：“愛英語SHOW”微信號lilly_english）

隔震減震措施作為一種減少建筑物震害效應的有效手段，可以利用減震裝置提高結構的阻尼，從而減小結構在地震時發生的反應。而且通過延長結構自振的周期，可以達到減小結構受到水平地震影響的效果，受到廣泛的認同并應用于建筑結構的設計中。國內外的大量實驗和實踐證明，隔震減震措施的采用可以減少60%的建筑結構受到的水平地震力作用，減少或消除建筑物在地震中所遭受的破壞，增強建筑物內的設施和人員的安全。提高建筑在發生地震后仍然能夠維持使用的能力[2]。

圖2所示為土耳其7.8級大地震后的幾棟建筑物的不同遭遇，我們能夠清晰地看到周圍的建筑安然無恙，中間這棟樓卻發生坍塌，一片狼藉?？梢钥隙ǖ卣f，這棟樓沒有考慮地震因素可能帶來的危害，更不用說采用隔震減震措施了。

圖2 土耳其7.8級大地震后幾棟建筑物的不同遭遇（圖片來源：“愛英語SHOW”微信號lilly_english）

2 隔震減震措施的衡量標準

關于結構的性能需求，目前的抗地震設計準則中主要有兩種表示方法：一種是根據破壞的等級來表示，一種是按照其應用的重要性按隔震減震裝置的保護等級來表示。建筑結構損傷可分為未受損和在一般維護下受損，可修理或倒塌；地震設防分為甲、乙、丙、丁四類。在某些鋼筋混凝土建筑結構中，現行規范以普通維護和倒塌的分層變形角度作為定量指標，而在各種防震級別中，則采用了不同的防震方法。舉例來說，乙級建筑采用的防震措施標準要比丙級建筑的有關規范要高一級。如果按照設計要求采取相應的抗震措施，那么在遭受與當地設防強度相同的地震沖擊時，乙級建筑受到的破壞程度要比丙級建筑要小一些。在遭受該區域罕見的地震沖擊時，乙級建筑的抗坍塌性能顯著高于丙級建筑。

現行《抗震鑒定標準》中所提出的“建筑總體的抗震能力按量進行劃分”，可以從不同功能要求的建筑物結構所具備的抗震能力進行劃分。根據目前的地震設計標準，將丙型建筑結構的設計看作是符合基礎承載力的結構，并將其承載力與變形能力相組合，作為建筑結構整體抗震能力的基礎值；對于乙類建筑具有高性能（包括變形）的建筑結構，其整體抗震能力應該小于基礎數值。具體的取值高低可以依據其性能需求來決定。

3 建筑結構設計中常用隔震減震技術分析

3.1 隔震策略

3.1.1 地基隔震

在發生地震時，建筑物的地基是建筑物與震源發生最直接接觸的區域，并且在震后會有直接的震動，所以在地基中安裝隔震設施可以有效降低地震對建筑造成的影響。在建筑物的地基上安裝隔震裝置是對建筑物的基礎部位進行隔震處理，一般情況下會在建筑結構的基礎上鋪設墊層，這樣可以減少由于地震引起的震動，減少對建筑物的沖擊。傳統的建筑隔震施工技術主要是在建筑的地基上混合鋪設黏土和砂土或在軟黏土和砂土之間放設土工布。在我國建設工程技術進步的今天，有關部門在進行抗震措施的設計時，開發了改性瀝青阻尼減震材料，這種材料能夠有效取代黏土砂墊層。因為具有極強的隔震減震能力，可以有效地降低建筑構造在地震中受到的破壞，獲得了廣泛應用[3]。

3.1.2 懸掛隔震

所謂的懸掛隔震指的是將建筑物的大多數或全部的結構懸掛起來，在發生地震時，主體結構會跟隨地殼的運動而晃動，這樣可以減少地震對懸掛建筑結構的沖擊，減少對建筑造成的影響。采用懸掛隔震的方法，其抗震性能較好，但因為需要投入大量的工程成本，普通的住宅建筑物不宜采用。

3.1.3 基礎隔震

建筑結構的基礎隔震指的是在建筑的基礎以及建筑的上部結構中安裝具有隔震作用的裝置，從而有效預防地震產生的地震波傳遞到建筑的上部結構，有效提升建筑上層結構具有的抗震能力。因此，基礎隔震措施適合于樓層較低或較多的建筑物，其形狀也是具有規律性的建筑物，其主要功能是延長建筑物本身的自振周期。

3.1.4 層間隔震

層間隔震是在原建筑結構的基礎上增加隔震減震裝置，將其中部與原來的結構隔熱層通過改造達到減震效果，當地震來臨時，利用隔震和防震技術可以起到緩沖地震波的作用，并將地震所引起的地震波進行吸收和消解，進而很好地降低在發生地震時建筑結構受到的震動。

3.2 減震策略

3.2.1 無粘結鋼支撐體系

無粘結鋼支撐體系（見圖3）是一種靈活的減震支撐體系[4]，它的作用是在建筑內部的鋼支架和外面包裹的鋼管的空隙處不粘結，或在建筑內部的鋼支架和外部包裹的鋼筋混凝土和鋼管混凝土的縫隙中加入無粘結漆，從而形成滑移界面，在支架的中部布置外包層，在支架的兩端留出合適的內部鋼支架部位，并采用高強度的螺栓對框架結構進行加固，以增加建筑結構能夠承受的壓力和張力。但是，應特別指出，在采用非粘結鋼支撐體系時，應對滑動接觸面所采用的材質和幾何參數進行嚴格地估算，允許內部鋼支架與外部包裹層形成自由滑動范圍，防止內部鋼支架發生橫向變形。

圖3 無粘結鋼支撐截面圖

3.2.2 對建筑物采用消能減震裝置進行抗震加固

針對地基的防震設計，相關工作人員在建設建筑工程之前，要根據防震設計的相關規定，在建筑的重要部位設置隔震設備，建筑工程完成施工后，若要進行結構的防震加固，就必須采用加大阻尼的方法，在多層建筑的上部結構、鋼結構和隔震的中間部位增設消能減震裝置，以改善結構的抗震性能。

3.2.3 合理布置結構的平面與豎向

在設計建筑結構時，為了實現隔震減震效果，必須注意建筑結構平面布局的作用，堅持平面簡單、規則的原則，沿建筑的兩個方向對稱設計抗側力構件，使建筑的兩個方向具有同樣的剛性，同時質心和剛心保持重合。若采用豎向布置，則各豎向構件應沿高度均勻地改變，并且保證連續性，避免側向剛性和承載力發生變形。但要特別指出，在設計時，不得采用“頭重腳輕”形狀突然變化的立面以及不規則的平面，避免因結構應力集中而產生扭曲現象，從而影響建筑物的整體剛性[5]。

3.3 建筑場地和施工工藝的合理選擇

在選擇建筑所在的區域時，應盡量選擇避開軟土地基以及接近地震斷裂帶的區域。在建筑施工前，需要對建筑所在區域周邊的地質條件以及水文實際進行相應的考察，為減少自然災害對建筑物當地的經濟造成損失，保障居民生命財產的安全，在選擇建筑所在區域時應盡量避免在易發生地震的區域，另外也要避免修建工業基地。

對于建筑工程來說，主要的結構類型分為磚混結構以及鋼筋混凝土結構。在具體施工過程中，需要根據結構的設計要求，選擇適當的施工工藝?，F階段主要使用的結構是鋼筋混凝土結構，因為它的承載能力較強，而且不容易發生變形。在抗震設計過程中，采用鋼筋混凝土施工技術，其具有的優勢是非常明顯的。在進行抗震設計時，需要根據建筑所在的區域方案進行最后的確定，防止盲目開展施工，另外，還要根據建筑物的特性和抵抗地震等級來進行科學的選取。

4 結束語

總而言之，建筑工程管理對建筑結構隔震減震技術的關注反映出它的重要性，但它有一個不斷發展和成熟的過程。對于地震頻發區的建筑來說，抗震性能決定了其安全壽命，更關系到人們生命財產的安全。如何保證建筑工程的抗震性能，是建筑工程設計師必須認真對待的大事，需要充分掌握不同隔震減震技術的選用方法，科學設計。本文對建筑結構設計中常用的隔震減震技術進行了簡要分析，可供設計師參考。