建筑結構隔震與減震設計問題之研究

孟瑜　王勇　孫志偉

摘要：國內外的大量試驗和工程經驗表明，隔震一般可使結構的水平地震加速度反應降低60%左右，從而消除或有效地減輕結構和非結構的地震損壞，提高建筑物及內部設施和人員的地震安全性，增加了震后建筑物繼續使用的功能。

關鍵詞：建筑結構；隔震減震；發展應用

1.建筑結構隔震減震設計原則

1.1建筑結構中柱的設計

在建筑結構設計中最為重要的就是柱的設計，因為有了柱子的支撐才能撐起整棟建筑物，可以說是建筑物中的所有柱子承載了整個建筑物百分之九十的重量，若想使得整個建筑物結構嚴實，承重敦實，對建筑物內外的柱子設計就要別有用心，不可麻痹大意。而且在地基與屋頂之間的連接，靠的就是這中間的柱子過度，若果柱子不結實，就更不用想象屋頂能夠牢固。首先要確定柱子與地基之間緊密結合，因為如果一旦發生地震，通過地殼的劇烈震動，最先搖晃的就是柱子，若果能夠保證柱子有很好的張力，就可以在地殼運動過程中，保持與地面以及屋頂之間緊密結合，通過強大的支撐能力就可以保證屋頂不至于坍塌，這樣，即使是地殼水平地移動也只是整個建筑物整體的搖擺，不至于整體塌陷。

1.2建筑結構中梁的設計

在建筑結構中另一個重要的結構當然就是梁，因為梁是橫在半空中，通過與柱連接，構成整個建筑的主體結構，成為骨架結構最上方的支撐，因此在梁的設計中最要關注的就是跨度，如果跨度較大，就需要多加梁來分擔重量，否則在重力以及張力的作用下，梁的中心會逐漸下移形成折彎，為了有更好的延展性，就要對跨度比進行適當的調整，通過實際計算發現，梁的延展性最佳時的系數比值為5，比值達到8時都會有很好的表現，但是當跨度比為1時，延性系數會下降到3，這時候就十分危險，很容易產生折彎破壞，所以，在施工之前要進行精確的測量計算，避免產生破壞。

2.建筑結構隔震與減震設計問題研究

2.1建筑結構中隔震設計

隔震層的布置應符合下列要求：（1）隔震層可由隔震支座、阻尼裝置和抗風裝置組成。阻尼裝置和抗風裝置可與隔震支座合為一體，亦可單獨設置，必要時可設置限位裝置；（2）隔震層剛度中心宜與上部結構的質量中心重合；（3）隔震支座的平面布置宜與上部結構和下部結構的豎向受力構件的平面位置相對應；（4）同一房屋選用多種規格的隔震支座時，應注意充分發揮每個橡膠支座的承載力和水平變形能力；（5）同一支承處選用多個隔震支座時，隔震支座之間的凈距應大于安裝操作所需要的空間要求；（6）設置在隔震層的抗風裝置宜對稱，分散地布置在建筑物的周圍或附近。此外，隔震層構造應區別于非隔振結構，隔震層管線、抹灰、避雷針接地等均應柔性處理，隔震層周邊任何固定物與隔震層以上的上部結構都應有足夠隔離空隙，穿越隔震層的樓梯應在隔震層設置水平縫。

2.2建筑結構中減震設計

相對于隔震技術使用對象的局限性，消能減震設計體現了明顯的優越性，但目前國內的消能減震設計以概念設計為主，阻尼器的設置多少并沒有量化標準，一般采用先估算厚反復驗算的方法。阻尼器一般可沿結構的兩個主軸方向分別布置或僅布置在一個主軸方向上，且布置在結構層間位移較大的地方。對框架結構，結構底部安裝阻尼器樓層的數量一般為2-3層，對框支剪力墻結構，剪力墻優先布置在框支層以上不超過三層的標準層四角，阻尼器可在框支層靈活布置。對耗能減震結構的計算分析方法一般情況下宜用靜力彈塑性分析或彈塑性性時程分析法。除消能設計外，結構減震設計尚應從優化原有結構的抗震性能著手：一是采用高延性構件，在設計中常體現強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件以及強梁柱塑性鉸的理念以提高結構的延性和安全性。二是提高結構本身阻尼，結構的阻尼隨著結構類型、材料、地基情況等的不同而不同，尤其對于高層建筑設計時應盡量選用阻尼較大的材料和結構，同時也可以設置一定的阻尼器。

3.建筑結構隔震減震技術發展

由于地震產生的巨大震動以及搖擺力，使得在地面上的建筑物受到地震波橫向、豎向的沖擊，這就造成地面上的建筑物受到外力作用產生巨大的晃動與顫抖，更嚴重者會使得建筑物整體坍塌，這將造成巨大的災難，因此，如果對建筑物本身進行隔震減震處理，就可以在一定程度上減少經濟損失。對于建筑結構的隔震減震技術研究在我國已經經歷了幾十年的歷程，從人們意識到地震會給人類帶來災難的同時，就加大力度對其進行研究，想要借助人力來扭轉天災的損失，讓人們不至于每天都生活在恐慌之中，可以憑借自己的智慧為我們美好家園做點什么，直到我們的知識結構不斷完善，科技水平不斷發展，同時學習向日本這些地震多發國，在隔震減震領域較豐富的經驗。此時，我們在面對地震時便不再像之前那么怯懦，雖然我們需要做的還有很多，但是，我們現在已經見到了成效，我們不再束手無策。減隔震技術的應用，會給傳統建筑設計帶來一定的影響。減隔震構件的設置會對建筑空間劃分、墻體位置、空間形態產生影響，這就要求非結構專業應該了解其相關要求，盡可能的選擇合理的平面布置形式，并將必要的減隔震構件加以隱藏或裝飾。

4.結語

減震技術在中國起步較早，并有了比較完善的技術手段，在建筑物結構設計中能夠得到相對完善的應用，隔震技術是最近新興的技術領域，發展較緩起步較晚，但在實際應用中卻有著至關重要的作用，因此，要求我們加大對其研究的力度，不斷鼓勵技術創新，在該領域取得不斷的突破，有朝一日使得人們能夠在地震面前沒有恐慌，沒有畏懼，因為我們有很好的防御保護措施。