建筑結構的隔震減震技術原理分析

摘要：作為一種新型的建筑結構減震技術，隔震減震技術主要是通過在建筑上部結構樓層之間設置專門店的橡膠隔震支座和耗能原件，形成隔震層（剛度很低），以增加建筑的自振周期，來達到減震的目的。文章對建筑結構的隔震減震技術進行理論分析，并提出了其所存在的不足。

關鍵詞：隔震減震技術；建筑結構；應用

引言

地震災害是全球性以及多發性的。全球平均每年發生嚴重地震災害大約有二十次，平均死傷人數也超過萬人。尤其在汶川地震后，消能減震技術為建筑行業內所重視并取得一定發展與進步。同時相比傳統抗震技術，隔震減震技術更安全可靠，不僅保證結構主體及非結構構件的安全，同時能保證內部設備正常運行；同時更加經濟，從投入角度分析，隔震結構雖然增設了某些隔震裝置，但是可以使主體結構在構造時減小截面構件、減少配筋的使用以及材料的使用，從而降低整個結構的造價。在設防烈度七度以上的地區，采用隔震技術不僅可以顯著提高結構抗震性能，也能顯著降低工程造價。同時，也能由于隔震技術的采用，上部結構地震作用減小，因此在結構選型更加自由，另外，隔震技術減少了不可再生資源的利用，如鋼材、混凝土等，響應了國家政策，符合當前綠色建筑和智能建筑的發展導向，隔震及減震技術的運用能從很大程度上降低地震災害的威脅，因此在這方面的研究有著很強的實際意義。

1、隔震及減震技術理論設計

隔震減震技術不同于傳統抗震技術，其原理是“以柔克剛”，由于傳統建筑把上部結構和基礎連在一起，這樣地震時地面運動的能量經經過基礎傳輸到上部結構，使結構發生振動和變形，以發生破壞甚至倒塌，傳統抗震方法就是在結構構件上增大梁柱截面的尺寸、增加梁柱配筋和改善建筑材料強度等來實現抗震目的。隔震減震技術的設計目標是雙保護，即保證結構主體及非結構構件的安全，同時在發生地震時保證內部原件正常運行，其技術理論從兩個方面著手，一是對消能減震的設計理論進行分析，這一技術適用于新舊工程，在構造、造價都比較優越，維護也方便。二是隔震技術的設計理論方面，主要就是在建筑的底部設置隔震層，以增加體系的自振周期，來達到減震的目的。

2、隔震技術措施

地震對建筑物的破壞作用，是由于來自地面的能量，通過基礎向上部結構傳遞。通過在結構與基礎之間以及層間設置軟弱的隔震層，其自身的很大程度的變形減少地震能量的輸入，從而達到防震的目的。基于以上理論隔震方案主要有以下幾種：

（1）軟墊型隔震

軟墊式隔震是在房屋底部設置隔震裝置，使整個房屋坐落在軟墊上（如設置若干個帶鉛芯的鋼板橡膠塊形成一個軟墊。地震時，其變形都發生在軟墊區域，上部結構層間側移減小，從而減小結構破壞。

（2）滑移型隔震

滑移隔震體系是指在基礎和上部結構之間設置一個滑移面，使建筑物在滑動過程中通過摩擦消耗了地震輸入的能量，從而達到減震的效果。

（3）擺動型隔震

擺動隔震是將基礎支撐在可擺動的樁基上，并在基礎側面設置阻尼器。在地震作用下，基礎產生一定程度的擺動來增加自振周期，以達到減震的目的。

3、減震技術應用

結構減震技術不再遵循傳統“強化”結構的抗震思想，而是把結構的某些非承重構件設計成耗能部件，通過塑性變形來消耗地震能量。

有以下三種減震措施：

（1）提升結構阻尼

在彈性地震反應中，結構阻尼比越大，自震周期的越大其反應效應越小。阻尼的應用能有效消減最大共振反應。同時不同類型的阻尼器或者阻尼器安裝方式的不同都能提高結構的阻尼。

（2）運用高延性構件

結構本身對能量的吸收耗散決定了其耐震能力，而耐震又取決于結構延性的的強弱，即結構承載力和變形能力的共同決定其抗震能力。通過強節點弱桿件、強柱弱梁等方式提升其結構延性，增大結構變形能力，是結構抗震的的重點

（3）增設耗能裝置

耗能減震技術主要通過在結構的某些部位增設或耗能部件，主要通過耗能部件來耗散地震能量，減輕結構的動力反應。市面上嫩見到的又金屬耗能器、摩擦耗能器、粘彈性耗能器等。

4、存在的問題

（1）減震隔震技術主要用過延長結構的固有周期來達到抗震的目的，因此在地質疏松的地面以及地下結構變形過大的情況使用時，容易出現其他工程問題；同時豎向結構在地震作用下使用隔震減震措施并沒有系統的研究

（2）阻尼器及耗能器的的在應用過程中仍有很多不足，其設置的方式及元件類型的選擇并不完善，同時在復雜的建筑結構中使用是并不能做到最優的選擇

（3）減震隔震技術本質在于延長結構本身固有周期，提升其延性，而軟弱地基和地下結構變形過大情況下，隔震減震技術在運用于此類工況時，不能較好的設置隔震層，需仔細對地形勘測，進行加固再考慮該技術的使用。

5、結語

（1）減震隔震技術能夠更加有效的耗散地震能量，大幅提升結構本身的抗震能力

（2）由于采用隔震技術，上部結果地震做作用減小，便于結構選型

（3）豎向結構在地震作用下使用隔震減震措施并沒有系統的研究，暫不建議在次構件情況下使用該隔震減震技術

（4）減震隔震技術本質在于延長結構本身固有周期，提升其延性，在地質疏松的底面及地下結構變形過大情況下，需多方位考慮，謹慎使用該技術

（5）隔震結構隔震效果主要通過隔震支座實現，因此其抗震原件及性能的檢測對象主要是其支座，相比橋梁、高層等大型結構的檢測來說，其檢測要快捷方便很多，在震后能快速檢修，利于震后恢復正常生產運行

（6）隔震抗震措施的運用能總體上降低不可再生的能源（如鋼材）、混凝土、橡膠等材料的使用，符合當下綠色建筑與智能建筑的發展導向

參考文獻：

[1]程紹革.現有建筑抗震鑒定的基本規定，建筑結構，2010，40（5）：1-3

[2]周福霖.工程結構減震控制[M].北京：地震出版社，1977

作者簡介：代鑫玨（1991.12——），男，籍貫：四川綿陽，民族：漢，研究方向：結構工程。