建筑結構設計中隔震減震控制技術的應用

岳 嘯

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031)

0 前 言

地震是破壞性非常強的自然災害之一，一旦發生，會給人們的生命和財產安全帶來巨大的威脅，因此，在建筑結構設計的過程中，必須考慮到地震作用的影響，要使建筑體具有較強的抗震性能。當前階段有關抗震規范中對建筑結構的抗震性能做了明確的要求，就是要能夠做到小震不壞、中震可修、大震不倒，為了實現這樣的抗震目標，有關部門加大了對建筑抗震方面的研究力度，主要的抗震設計原則如下：對建筑結構的剛度進行適當的把控，部分建筑構件在地震發生時允許進入非彈性的工作狀態，這樣就能夠使整個建筑結構具有較強的延性，能夠達到裂而不倒的目的。但是這種傳統的抗震設計方法存在非常多的缺陷，如果發生超出抗震設防烈度的地震時，整個結構的安全性是無法得到保障的，因此，為了適應新建筑形式的抗震需求，隔震減震控制技術應運而生。

1 建筑結構設計中隔震減震基本原理

隨著建筑行業的快速發展，傳統的建筑結構抗震設計已經無法滿足當前階段的抗震需求，為了提高建筑結構的抗震能力，加強對新型建筑抗震技術的研究力度，一種以減震、隔震為手段抗震設計思想，得到了快速的發展，同時也被廣泛地應用到建筑施工中。對于減震技術來說，其主要原理就是在建筑結構內安裝附件裝置或者是子結構，通過這樣的裝置能夠將地震發生時產生的能量向上層結構進行傳遞，從而能夠達到阻隔能量的效果，在傳遞能量的過程中，可以通過結構之間的反作用力來減少上部結構的地震反應。對于隔震技術來說，其主要原理就是將隔震支座以及阻尼器等裝置安裝在建筑物上部結構與基礎結構之間，從而在一定程度上使建筑結構的周期延長，使阻尼增大，這樣就能夠使地面運動在向上部傳遞的過程受到阻礙，從而使上部結構受到地震作用的影響大大降低。當前階段，使用最多的就是消能減震技術，就是通過將消能裝置設置在房屋結構內部，并在適當位置加裝阻尼器，從而得到降低或者消除地震反應的作用。

2 建筑結構的隔震技術措施

2.1 建筑物地基使用特殊材料進行隔震

在建筑物基礎隔震工作開展的過程中，最關鍵的就是要將隔震層變成一個柔性的底層，這樣在地震災害發生時，就能夠對地震波起到一定的削弱效果，從而能夠使地震釋放出來的能量減少，降低地震對建筑物的破壞。傳統的建筑抗震中，是通過在建筑的基礎部分交替鋪上砂粒以及黏土，或者是通過直接鋪上黏土以及砂粒墊層的方式來起到一定的隔震作用。利用這些材料來對建筑物的地基抗震進行處理，能夠起到的抗震效果是非常小的，隨著科學技術的發展以及新材料的出現，相關部門在這方面的研究取得了突破性的進展，并且以瀝青為原材料來作為建筑物地基隔震層的填充材料，取得的隔震效果也非常好。

2.2 建筑物基礎設立隔震設施減震

該隔震方式是通過在建筑物基礎以及上部建筑之間設立特殊的設備，來達到一定程度的隔震效果的，通過這種隔震設置方式，能夠對地震的向上傳送起到一定的阻礙作用，從實際情況來看，最高可使地震發生之后向上部建筑結構傳送的能量降低2/3，但是這種隔震方式在實際使用中也存在著一定的弊端，就是由于該設備會導致建筑結構本身的自振周期延長，因此，不適用于高層建筑的抗震設計中。當前階段常見的隔震形式有粘彈性隔震、摩擦滑移式隔震，常見的隔震裝備有橡膠墊和橡膠板等。

2.3 建筑物層間隔震技術措施

建筑物的層間隔震在舊房改造工程中最為常見，該隔震技術施工方便、操作簡單，與建筑物基礎部分設立隔震裝備相比來說，層間隔震技術的應用，在建筑抗震方面產生的效果并不明顯，其減震貢獻值大約能夠達到10%～13%。建筑物層間隔震技術的實現，主要依賴的是建筑結構各層間安裝的減震裝備，通過該減震裝備來對地震能量進行吸收，從而達到削弱地震強度的目的，使其給建筑結構帶來的影響進一步地降低，在建筑層間處設置的裝置與基礎隔震的裝置大致相同。

2.4 建筑物結構懸掛隔震

所謂建筑物結構的懸掛隔震，就是將建筑物的部分或者是整體結構懸掛起來，這樣的話，在地震發生時產生的能量就無法傳輸到懸掛結構中，從而能夠避免地震給整個建筑結構的穩定性與完整性帶來的影響，能夠起到非常有效的抗震效果。該技術常應用于大型的鋼結構中，對于大型的鋼結構來說，其主要是由主框架結構和子框架結構組成的，在整個懸掛體系中，子框架是通過鎖鏈懸吊在主框架結構上的，因此，在地震來臨之時，主框架就會隨著地殼的運動而不停地搖擺，當地震能量傳遞到鎖鏈或者是吊桿部位后，就會被削弱，就無法繼續傳送到子結構中發生慣性力。

3 消能減震技術

消能減震技術就是通過提升結構的附加阻礙，來降低地震對建筑結構產生的地震力反應，消能減震技術在當前階段的應用范圍非常廣，不僅能夠在新建建筑物中使用減震技術，還能夠應用于老舊建筑物的抗震改造中，同時既能夠應用在鋼結構中，又能夠應用在鋼筋混凝土結構中，除此之外不僅能夠應用在建筑的上部結構中，還能夠應用在建筑基礎的隔震層中，能夠發揮出非常好的隔震效果。

消能減震技術的本質就是利用特殊的機構或者元件，來對地震發生時產生的能量進行消耗與吸收，以此來使建筑主體結構的穩定性得到可靠的保障。相對于傳統的抗震結構設計來說，消能減震技術有著更好的抗震消能效果，由于消能元件通常情況下是與建筑的主體結構連接的，因此，消能結構大多數情況下都會被當作建筑主體結構中的一部分，由于無法完全防止建筑主體結構出現彈塑性變形，因此，無法完全依賴于延性結構的相關理念，從另一個角度來分析，減震消能就是通過增加結構阻礙來起到抗震作用的一種特殊方法。

消能減震技術的實際作用與消能設備有著一定的關聯，當前階段市場上消能設備的種類非常多，常見的有塑性消能器、形狀記憶合金阻礙器以及摩擦阻礙器等，因此，為了使消能裝置的作用得到充分發揮，需要結合實際情況以及消能裝置的特性，對消能設備進行科學的選擇。

4 建筑結構設計中常用的減震技術

4.1 新建建筑物的結構設計

隨著時代的發展和社會的進步，人們的生活質量得到了大幅度的提升，對居住環境的質量和安全都有著更高的要求。眾所周知，地震一旦發生會帶來非常大的危害，會對城市的發展、人們的生命和財產安全帶來巨大的威脅，因此，越來越多的人開始重視建筑結構的抗震和減震設計。為了取得更好的建筑抗震效果，在對建筑基礎部分進行設計時，不僅需要對其進行特殊抗震處理，還要能夠增設一些消能裝置以及相關的元件，來提高建筑基礎部分抵抗地震的能力，從而盡可能降低地震對建筑基礎帶來的影響。這些減震設備和組件，就是為了提高建筑體的抗震能力，但是其抗震效果略差于隔震層。

4.2 對建成建筑物的抗震加固

在建筑物的抗震結構設計工作開展的過程中，在正式開工之前，要能夠按照抗震設計的規范要求，開展針對性的設計工作，為了使抗震設計方案的效果充分發揮出來，要能夠在建筑施工開展的合適階段，在建筑的一些重要部位處安裝特備的隔震設施，否則就無法使隔震設備的性能得到充分的發揮。在建筑建成之后，要想使其抗震性能得到進一步的提高，就要采用增多阻礙的方式，在建筑的主體結構上加裝一些消能裝置，同樣能夠起到非常好的抗震加固效果。

5 結束語

隨著建筑行業的快速發展，建筑的抗震設計也取得了巨大的突破，其抗震能力也得到了大幅度的提升，其中隔震減震技術更是得到了大范圍的推廣應用，隨著建筑形式的多樣化，對抗震能力會有著更高的要求，因此，在未來的發展中，仍然需要加大對建筑抗震設計的研究力度，要能夠在現有技術的基礎上進行進一步的優化，推動建筑抗震設計工作的快速發展。

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