隔震技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

郭世杰

摘 要：對(duì)于地震作用，建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一直都是采用抗震設(shè)計(jì)，其主要的抗震原理和要求已經(jīng)在我們的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中有了比較成熟的規(guī)定和指導(dǎo)，抗震設(shè)計(jì)對(duì)于多遇地震有著比較良好的效果。于此對(duì)應(yīng)的隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)則是考慮到結(jié)構(gòu)的動(dòng)力效應(yīng)，從剛?cè)峤Y(jié)合的設(shè)計(jì)當(dāng)中達(dá)到減震的效果，在罕遇地震情況下其良好的減震效果就得到了極大的突顯。

關(guān)鍵詞：隔震技術(shù)；建筑設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1 引言

隨著建筑工程的不斷發(fā)展，建筑工程設(shè)計(jì)的重要性也日漸突出。建筑隔震設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)之中是非常重要的，其是一個(gè)系統(tǒng)的、完整的整體，貫穿于整個(gè)建筑工程之中。建筑隔震設(shè)計(jì)是對(duì)一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行衡量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，所以必須要予以足夠的重視，將建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)相關(guān)工作給切實(shí)做好，這需要相關(guān)工作人員的不斷努力。

2 基礎(chǔ)隔震技術(shù)的相關(guān)概念

基礎(chǔ)隔震體系是指為了實(shí)現(xiàn)隔離地震作用，把建筑基礎(chǔ)頂部和結(jié)構(gòu)物的底部之間的位置空出來，進(jìn)行隔震裝置的設(shè)置，該體系可使基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)隔離，達(dá)到地震作用效果最小化。一般隔震體系主要由3部分組成，分別是隔震裝置、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)。通常為減弱建筑物的震感，所采用的方法是將建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行調(diào)整，然后通過隔震裝置增加地震能量的消耗，從而減少建筑結(jié)構(gòu)的震感。由此上部結(jié)構(gòu)中能夠接收到的地震能量變得極少，即使發(fā)生地震建筑物也不會(huì)受到過于強(qiáng)烈的震動(dòng)，結(jié)構(gòu)在地震中處于彈性狀態(tài)，因此建筑物中的人與物體都不會(huì)有太大的生命和安全威脅。

3 建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)中存在的主要問題

3.1 減震效果的周期較長(zhǎng)

建筑工程本身的施工周期就較長(zhǎng)，若根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》之中的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜，建筑抗震設(shè)計(jì)的周期下降較為緩慢。對(duì)于施工周期較長(zhǎng)的建筑工程而言，其隔震前后的剪力情況沒有較大的變化，隔震效果變化不明顯。若建筑的高度約為100m，那么周期應(yīng)該為2.5s，通過隔震技術(shù)之后會(huì)將周期給延長(zhǎng)約3.5s，但在實(shí)際施工中并非如此，比如在對(duì)某一隔震結(jié)構(gòu)分別通過動(dòng)力時(shí)程分析法與等效線性分析法對(duì)其隔震效果進(jìn)行計(jì)算，研究長(zhǎng)周期建筑的隔震技術(shù)施工前后的減震效果是會(huì)否提高。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過適當(dāng)?shù)母粽鸺夹g(shù)處理之后，能夠取得一定的減震效果。

3.2 隔震支座受拉問題

這一問題是現(xiàn)在建筑工程中影響隔震技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要問題。在地震出現(xiàn)時(shí)，產(chǎn)生的傾覆力會(huì)超出隔震支座能夠承受的結(jié)構(gòu)重量。因?yàn)榻ㄖこ痰呢Q向荷載存在較大的軸向變形問題，會(huì)對(duì)建筑的抗彎承載能力產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而降低連續(xù)梁之間的跨中負(fù)彎矩值與支座負(fù)彎矩值，提升建筑端支座的負(fù)彎距值，這樣還會(huì)對(duì)建筑構(gòu)件的剪力產(chǎn)生一定的影響，使得建筑中出現(xiàn)側(cè)向變形情況。建筑樓層的逐漸增多，建筑高度的逐漸提升，也會(huì)導(dǎo)致軸向變形問題，影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，所以，在開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該對(duì)軸向力值予以一定的重視，應(yīng)用相應(yīng)的措施切實(shí)避免出現(xiàn)明顯的軸向變形情況。所以，應(yīng)該不斷加大隔震支座能夠承受的重力荷載范圍、應(yīng)用工別的高抗拉能力隔震支座或者降低地震作用導(dǎo)致的傾覆力等，使得隔震支座受拉問題得以有效的解決。

3.3 隔震支座面壓計(jì)算方法

通常而言，隔震支座會(huì)長(zhǎng)時(shí)間的承受上部結(jié)構(gòu)的重量。在地震出現(xiàn)時(shí)，隔震支座會(huì)出現(xiàn)較大程度的水平位移問題，并且還需會(huì)承受地震力與上部結(jié)構(gòu)的重量等的作用。由于低層建筑結(jié)構(gòu)的位移與水平荷載作用較小，對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響也較小。但就建筑而言，水平荷載與豎向荷載都是開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要因素。由于水平荷載會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)傾倒力矩問題，所以建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)該注意不斷提高其抗震能力與承載能力，從而為居民提供較好的生活條件。就疊層橡膠支座而言，水平位移能夠使得其承壓面積減小，從而使得其承載能力不斷降低。

4 隔震技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1 建筑物地基應(yīng)用特殊材料隔震

一般而言，建筑工程基層隔震是對(duì)建筑工程的基礎(chǔ)部分通過相應(yīng)的特殊處理，來使得地震發(fā)生時(shí)的地震波有效降低，從而使得地震對(duì)建筑物的破壞影響有效減輕。傳統(tǒng)的方法通常是在建筑物的基礎(chǔ)部位直接設(shè)置上粘土墊層或者砂子，或是交替鋪設(shè)粘土和砂子。除此之外，部分學(xué)者使用糯米當(dāng)做原材料，在建筑工程的基層部位設(shè)置上墊層，從而使得地震對(duì)建筑工程的破壞降至最低。當(dāng)前階段在這一方面已經(jīng)取得了新的進(jìn)展，運(yùn)用瀝青當(dāng)做原材料制造出了新的特殊材料，將這一特殊材料應(yīng)用到隔震層設(shè)置之中，能夠取得更好的隔震效果。

4.2 建筑結(jié)構(gòu)的層間隔震措施

所謂的層間隔震就是指隔震和結(jié)構(gòu)抗震相結(jié)合的一種措施，其是于原來的建筑結(jié)構(gòu)之上裝設(shè)由隔震支座構(gòu)成的耗能減震裝置，在地震發(fā)生的時(shí)候，耗能建筑機(jī)構(gòu)能夠?qū)⒌卣鹉芰课詹⑾牡簦瑥亩行Ы档徒Y(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。這一方法一般會(huì)應(yīng)用于舊房改造之中，在工程施工方面具有簡(jiǎn)單、已操作的特點(diǎn)。較之于在建筑物基礎(chǔ)部位安裝隔震裝置的方法，層間隔震雖然沒有非常顯著的效果，減震的范圍也較為狹窄，但是其也有一定的優(yōu)勢(shì)。雖然層間隔震效果較之于基礎(chǔ)隔震并不突出，但是，其可以通過原結(jié)構(gòu)的隔熱層與加層，開展科學(xué)的改建，從而使得建筑減震功能得以有效實(shí)現(xiàn)，這一方法操作簡(jiǎn)單，隔震裝置通常應(yīng)用橡膠支座。

4.3 多質(zhì)點(diǎn)隔震體系

建筑結(jié)構(gòu)中的高層建筑往往高度和寬度都偏大，而上部結(jié)構(gòu)的層間剛度則偏小。發(fā)生地震后，上部結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化，產(chǎn)生剪切變形。而高層的建筑震結(jié)構(gòu)可近似當(dāng)作一個(gè)多質(zhì)點(diǎn)體系。由動(dòng)力分析模型可以得出：上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)在第i層的方程為：xi=xgxbxsi；隔震結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)計(jì)算式為：

式中：m0為結(jié)構(gòu)底板的質(zhì)量；m1，…，mn為各層的結(jié)構(gòu)質(zhì)量；C為阻尼；K為水平剛度；xsi為上部第i層結(jié)構(gòu)對(duì)底部的速度、加速度、水平相對(duì)位移反應(yīng)；xg為地震中的地面加速度、位移、速度；xb為底部和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的速度、加速度和水平相對(duì)位移。

4.4 基礎(chǔ)隔震裝置的耐久性

一般建筑的使用壽命約為50年，而隔震支座的使用年限遠(yuǎn)不止50年，如澳大利亞某個(gè)鐵路橋的建設(shè)所采用的隔震裝置是橡膠支座。已經(jīng)經(jīng)過了百年，但其老化的程度并不高。當(dāng)前，大多數(shù)橡膠隔震支座位都增加了抗老化劑及外圍保護(hù)劑等，其使用年限甚至有可能超過房屋建筑的使用年限，并且即使在既定的使用年限中需要更換或者優(yōu)化支座，操作難度也不大，可見隔震裝置的耐久性較強(qiáng)。

5 結(jié)束語

綜上所述，隔震技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的抗震技術(shù)設(shè)計(jì)而言，更加具有可操作性，效果更佳。隔震技術(shù)在確保建筑結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，能夠有效的減少建筑工程造價(jià)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。在建筑結(jié)構(gòu)中，雖然我國已形成了較為完善的隔震技術(shù)，但其中仍然存在一些問題急需解決，因此有必要及時(shí)處理這些關(guān)鍵性問題，加大隔震技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，從而提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力和水平。

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