分析建筑結構隔震技術的研究和應用

文/王功江 遼寧省建筑設計研究院有限責任公司 遼寧沈陽 110005

1、建筑結構設計特點分析

首先，在水平荷載上。低層建筑的水平荷載作用、位移通常都比較小，也很少會給結構帶來巨大影響，所以說，對于低層建筑結構設計來講，豎向荷載是其應考慮的決定性因素。而對于高層建筑來講，其結構設計的決定性因素則是水平荷載，同時豎向荷載也會給建筑結構帶來較大影響。

其次，對于軸向變形來講。對于目前樓層越來越高的建筑工程，其豎向荷載往往都會引發相應的軸向變形，同時也會給建筑連續梁的抗彎承載力帶來不利影響，導致連續梁中間支座負彎矩值、跨中負彎矩值的不斷降低，而建筑端支座的負彎矩值則會隨之不斷增加，進而對其建筑構件、構件剪力帶來嚴重的負面影響，導致建筑結構出現嚴重的側向變形，結構穩定性也會隨之不斷降低，特別是在樓高高度不斷增加背景下，軸向變形的形成也會極為顯著，進而無法給建筑結構的安全、穩定運行提供有力保障，因此，在具體設計中，對于軸向力值應給予著重考慮，并通過相應措施的科學實施來有效防止軸向變形現象的產生。

最后，對于側向變形來講。就目前的建筑結構設計來講，特別是高層建筑，側向變形已經逐漸成為其結構設計應考慮的關鍵因素，面對建筑樓層的不斷增加，在水平荷載作用下，建筑結構的側向變形速度也會不斷提升，所以，在具體設計中，其建筑結構不僅要具有良好的強度、剛度，還要在充分保障結構承載力的基礎上，擁有一定的抗側剛度，以此來確保在受到水平荷載作用后，其建筑結構發生的側向變形能夠始終處于合理范圍內，以此來為其安全使用性能提供有力保障。

2、隔震技術在建筑結構設計中的應用分析

2.1 建筑物地基采用特殊材料隔震

因建筑物不同選取的地基材料存在差異，這主要因為地震波反應的作用。可借助特殊材料面向建筑物地基實施處理操作，進而削弱地震波，以此來讓減小震感。在以往的建筑物中，一般通過粘土與砂子完成基礎部分墊層，再有人借助糯米墊層探索抗震，多年的發明探索和試驗表明原料是瀝青的這種新型材料開展隔震層設置對應的效果十分顯著。

2.2 建筑結構基礎隔震設計

在高層建筑結構設計中，基礎隔震結構一般安裝在樓層上部結構水平面寬度較小而樓層之間剛度較大、樓層高度在三十層以下的樓房建筑中。假如該樓房上部結構水平面寬度較大而不同樓層之間剛度又很小、樓層數量又較大，這時候的樓房上部結構就是多質點的隔震結構體系，需要采取相應的多質點隔震模型，而且另外還要想辦法防止隔震結構出現扭轉和發生傾覆等意外情況。

對于位于強地震帶和高烈度地區的高層建筑要采用橡膠材料的隔震結構，因為橡膠隔震結構中的隔震支座在沖擊波作用下會產生一定的拉應力或者發生輕微的非線性變形，從而保證高層建筑結構的整體安全和穩定。對于高層建筑結構的組合隔震體系而言，如果隔震層上部結構傾覆彎矩太大的話，發生的水平地震作用力就會使得隔震層轉動起來，加大隔震結構在垂直方向的負載，那么該高層建筑隔震層就會發生較為突出的縱向變形。所以，在考慮高層建筑基礎隔震結構的動力體系時，一方面要考慮到隔震結構的多質點平動受力，最好是采用多質點擺動加平動隔震計算模型，另一方面還要考慮到隔震結構的轉動。

2.3 建筑物層間隔震措施

層間隔震這種方法主要適用于舊房改建，在施工方面具有簡單、易操作的特點。與建筑物基礎部分設置隔震裝置的辦法相比，層間隔震的效果不是非常明顯，減震的效果可以達到1/10～3/10的范圍，因為層間隔震的作用無法參與到建筑物的整體結構中，所以達到的隔震效果也較其他方法差一些。這種方法主要是依靠設置在建筑結構各層間隔的減震裝置吸收或者削弱地震能量，從而減小地震對建筑物的危害，設置的裝置基本與基礎隔震的相同，二者的區別主要在于該方法應用于舊房的改建施工中，而上述方法主要應用于新建筑的施工中。

2.4 懸掛隔震

懸掛隔震是將建筑物的大部分或者整個結構懸掛起來，也就是通常所說的懸掛結構，這樣，當地震來臨時，地震的能量不會傳遞給懸掛起來的結構，從而達到減小地震損害的目的。這種隔震方式最常見于大型鋼結構，大型鋼結構總是采用鋼結構懸掛體系，以此隔震。這種結構對于設計師的設計要求比較高，因為要將結構的主體框架和子框架的結合做到完美的結合，才能保證在地震來臨時，子結構不受干擾。因為它的作用原理是，當地震來臨時，主框架會隨著地殼運動發生搖擺，但是子框架和主框架之間是能夠活動的索鏈和吊桿，地震的能量到達這個部位的時候就會削弱，不至于傳遞到子結構產生慣性力，這種結構的優點是防震效果好，可以有效的阻斷地震力對于建筑物的傷害，但是缺點是工程造價高，一般的住宅建筑不宜使用，因為大量的鋼結構會大大增加建筑的成本。

2.5 新型隔震支座的研發

近年來，有學者提出對三維隔震的概念，即采用厚橡膠隔震支座，在保持橡膠總厚度不變的情況下，降低隔震支座的軸向剛度以達到減少垂直方向地震作用的目的。因此，三維隔震支座可應用于同時有效隔離鐵路交通引起的振動、環境振動和地震震動的情況。對于三維隔震支座我國目前已有生產，今后將會逐步推廣。

2.6 隔震支座的計算機模擬

依據有關規定，對工程所應用的隔震支座須進行材料和結構性能方面的測試，但隨著新建隔震建筑數量的增多，規模的擴大，如果對全部隔震支座都進行材料和結構性能試驗檢驗，然后包裝運至施工現場進行安裝工作，這樣很容易因試驗時間的延遲造成工程工期的拉長。因此，希望能夠建構合適的計算機模擬測試方法。基于非線性有限元分析，研究隔震材料特性對隔震支座性能的影響，建立能模擬隔震支座實際性能試驗檢驗的計算機分析程序。

結語：

綜上所述，在建筑結構設計與隔震技術的應用過程中，我們要進一步分析建筑結構設計與隔震技術應用的要求，確保建筑結構設計與隔震技術更加富有效果，本文所分析的一些具體的措施和思路，可以為今后帶來參考。