基于建筑結(jié)構(gòu)隔震的技術(shù)研究

夏德新

中國水利水電第八工程局有限公司 湖南 長沙 410000

抗震等級是評價建筑工程質(zhì)量和性能的一項主要指標。近幾年，我國建筑行業(yè)得到快速發(fā)展，人們也提高了對建筑工程整體質(zhì)量的要求，建筑工程建設(shè)時，加強對隔震技術(shù)的應(yīng)用與探討，確保建筑工程整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而為人們提供一個高質(zhì)量的建筑工程，滿足應(yīng)用需求。

1 隔震技術(shù)概念與設(shè)計原理

1.1 隔震技術(shù)概念

建筑結(jié)構(gòu)中的隔震技術(shù)就是通過在建筑工程中設(shè)計裝備，通過對其進行應(yīng)用，達到隔離地震對建筑工程破壞力的作用。例如，將隔震支座設(shè)置在建筑工程的結(jié)構(gòu)層或地層，通過軟化這一結(jié)構(gòu)方式，實現(xiàn)以柔克剛，降低地震危害目的， 其在具體應(yīng)用過程中，具有安全性高、防護能力強、造價低等多項優(yōu)勢[1]。

1.2 隔震技術(shù)的設(shè)計原理

該項技術(shù)主要是在建筑底層或結(jié)構(gòu)層設(shè)置阻尼器或橡膠隔震支座，通過對其進行應(yīng)用，從而達到隔離地震帶來沖擊的目的，使建筑機構(gòu)阻尼變大，增加建筑自振動周期，最大程度降低地震對建筑工程上部結(jié)構(gòu)造成的危害，實現(xiàn)良好減震目的[2]。簡單來說，將隔震層設(shè)置在建筑工程中，可以起到較強緩沖作用，能夠減小地震對于建筑工程上部分結(jié)構(gòu)沖擊力，從而提升建筑工程具體結(jié)構(gòu)在應(yīng)用時的防御力，減小地震對建筑工程結(jié)構(gòu)的破壞。

2 建筑結(jié)構(gòu)中幾種常見的隔震技術(shù)類型

2.1 橡膠隔震支座

橡膠隔震支座主要包括以下幾種類型：

（1）普通橡膠隔震支座

將普通橡膠隔震支座應(yīng)用到建筑工程中，其在縱向受壓承載能力和水平變形能力上呈現(xiàn)出了較強的抵抗能力，在進行建筑工程中的普通隔震橡膠隔震支座制作時，需要采取交替方式處理薄鋼板和薄橡膠層，完成處理后，將其放在高壓高溫環(huán)境中，采取整體硫化方式進行處理，通過這一方式處理，能夠?qū)⑾鹉z層與鋼板合理結(jié)合到一起，讓兩者能夠保持緊密結(jié)合狀態(tài)，同時橡膠層的變形會受到的鋼板的約束，不會發(fā)生嚴重變形問題[3]。

（2）鉛芯橡膠隔震支座

制作鉛芯橡膠隔震支座過程中，工作人員在具體作業(yè)開

展時，應(yīng)當將普通橡膠隔震支座作為基礎(chǔ)，通過對開孔注鉛方法開展施工作業(yè)，從減減少隔震層位移、降低地震作用、高阻尼的一種隔震結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)對建筑工程的保護，最大程度降低地震對建筑結(jié)構(gòu)的破壞。隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，人們加強對建筑工程相關(guān)內(nèi)容的探究，在橡膠隔震支座方面積累了大量經(jīng)驗，但是，對于支座的橡膠支座材料質(zhì)量會性能等方面都有待改進，應(yīng)對考慮將膠層與鋼板合理黏合到一起，科學選擇黏合劑與黏合工藝[4]。

采用的橡膠耐久性是影響橡膠隔震結(jié)構(gòu)耐久性的一項主要原因，而氧化和蠕變反應(yīng)也是影響采用橡膠耐久性的主要因素，向橡膠內(nèi)加入抗氧化劑，能夠顯著提升橡膠隔震制作耐久性，同時，要保證采用的橡膠自身質(zhì)量和耐久性能夠達到要求標準。從現(xiàn)階段我國建筑工程中采用的橡膠隔震支座的具體發(fā)展情況來看，其應(yīng)用壽命長度能夠達到建筑工程的壽命長度，能夠滿足建筑隔震技術(shù)的具體應(yīng)用需求。現(xiàn)代建筑行業(yè)針對普通橡膠隔震支座和鉛芯橡膠隔震支座（如圖1所示）相關(guān)內(nèi)容的分析。

圖1 鉛芯橡膠隔震支座

從現(xiàn)階段的具體情況來看，研究主要集中軸向拉伸破壞、豎向剛度、水平剛度與阻尼等各項影響橡膠支座性能等多項內(nèi)容上[5]。目前，我國針對橡膠隔震支座抗剪破壞試驗相關(guān)內(nèi)容的研取得成果相對有限，針對相關(guān)產(chǎn)品標準內(nèi)，針對橡膠隔震支座豎向極限受拉應(yīng)力規(guī)律標準需要進一步提高。針對橡膠隔震支座分析期間，可以利用有限元分析法，從而彌補以 Haringx 理論為基礎(chǔ)進行分析為存在的不足，提高相關(guān)研究效果，實現(xiàn)對試驗成本的合理控制，降低經(jīng)濟投入。需要相關(guān)研究人員注意的是，考慮到疊層橡膠制作構(gòu)造機理與材料性能都較為復(fù)雜，針對問題的深入研究，可從以下幾個方面入手：

第一，加強對內(nèi)部力學性能的分析，做好相應(yīng)研究工作。第二，開展抗剪力學性能試驗研究，掌握其性能特點，為后續(xù)相關(guān)內(nèi)容的研究提供支持。第三，加強對大直徑或超大直徑疊層橡膠支力學性能分析。第四，研究復(fù)雜應(yīng)狀態(tài)下，疊層橡膠制作力學性能，與此同時，還要研究疊層橡膠制作力學性質(zhì)在不同狀態(tài)的特性。

進行建筑工程中結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計期間，通常不需要對橡膠隔震制作進行大量分析驗算，只要通過分析，保證橡膠隔震制作各項指標內(nèi)容都符合的相應(yīng)附件要求即可，而對于橡膠支座應(yīng)力與變形受可以滿足應(yīng)力值，要做好相應(yīng)驗算工作。

2.2 滑板式隔震支座

目前，應(yīng)用在建筑工程中的滑板式隔震支座有石墨層接觸面、砂墊層接觸面、不銹鋼板接觸面等多種不同類型的滑移摩擦面，特別是 PTEE接觸面和不銹鋼接觸面的摩擦滑移制作與應(yīng)用時，其性能穩(wěn)定，能夠滿足應(yīng)用需求。針對采用的不銹鋼摩擦板設(shè)施表面，可以采取拋光方式進行處理，完成相應(yīng)處理作業(yè)后，施工人員要應(yīng)當經(jīng)過硬化處理后的樹脂涂抹在其表面，通過這一方式處理，能夠大幅度提高不銹鋼摩擦板耐磨性能，確保其能夠滿足應(yīng)用需求[6]。目前，經(jīng)過人們的研究，研發(fā)出了性能良好的全密封鎖位型的摩擦阻尼隔震支座，采用鋼板與聚四氟乙烯有機滑板，構(gòu)成一種性能優(yōu)異的多層摩擦滑板，通過對其進行應(yīng)用，采取高度重疊方式，保證滑移位移能夠朝著不同摩擦截面均分散，此時，滑移面不需要進行外露預(yù)留。滑板式隔震支座（如圖2所示）是一種純摩擦滑動隔震裝置，其在應(yīng)用時的優(yōu)勢顯著，但是也存在一定缺點，主要表現(xiàn)就是發(fā)生地震后，會發(fā)生變形，處理起來難度大，難以通過自動方式實現(xiàn)復(fù)位，而且在隔震層遭受地震后，會發(fā)生嚴重變形問題，目前，人們已經(jīng)研發(fā)出了能夠通過自動方式，實現(xiàn)復(fù)位滑板式隔震支座，并將其應(yīng)用到了建筑工程中。

圖2 滑板式隔震支座

通過研發(fā)滑板式隔震支座摩擦系數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，其摩擦系數(shù)將會隨著正壓力加大而不斷減小。而在摩擦系數(shù)速度不斷快的情況下，滑動摩擦系數(shù)也會加大，直到最終摩擦速度達0.15m/s，可會達到最終的設(shè)定滑動摩擦系數(shù)；隨著周圍溫度升高，滑動摩擦系數(shù)將會減小；通過對潤滑劑進行應(yīng)用，能夠有效降低PTFE-不銹鋼接觸面摩擦系數(shù)[7]。建筑工程中的隔震結(jié)構(gòu)在具體應(yīng)用期間，容易發(fā)生傾覆失穩(wěn)現(xiàn)象，要全面分析建筑結(jié)構(gòu)依據(jù)自身自重是否能夠不出現(xiàn)傾覆問題，具體判斷依據(jù)就是，地震傾覆力矩要控制在抗傾覆力矩，如果依據(jù)自重無法保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，要針對建筑工程中的支座和上部結(jié)構(gòu)進行抗傾覆設(shè)計，通過對抗傾覆措施，從而使傾覆失穩(wěn)現(xiàn)象能夠得到解決。通過對以往滑板式隔震支座在我國建筑工程中的具體應(yīng)用情況來看，由于缺少相應(yīng)產(chǎn)品相應(yīng)標準和應(yīng)用規(guī)范的支持，這將會導(dǎo)致滑板隔震制作應(yīng)用到建筑工程中的作用與效果遭受一定約束。

2.3 摩擦擺隔震支座

摩擦擺隔震支座（如圖3所示）是一項具有復(fù)位功能的摩擦隔震系統(tǒng)，其應(yīng)用能體現(xiàn)建筑工程性能，保證建筑工程穩(wěn)定性，減少建筑工程結(jié)構(gòu)遭受地震的破壞。將摩擦擺隔震支應(yīng)用到建筑工程中，在凹曲面底盤內(nèi)安裝滑塊布置，如果發(fā)生了水平位移現(xiàn)象，設(shè)置的滑塊將會由底盤曲面不斷朝著高處滑動，而受上部重力影響，滑塊將會通過自動方式向低處滑向，實現(xiàn)自動復(fù)位效果。建筑工程結(jié)構(gòu)中設(shè)置的滑動面的曲率半徑與底盤曲面曲率半徑相同，同時，還要將PTFE 等低摩擦材料均勻涂抹在滑動面區(qū)底盤曲面，對于滑塊上面設(shè)計要依據(jù)曲面形式進行，確保滑塊頂板處水平滑動。與此同時，設(shè)置的支座剛度與底盤曲面曲率都會對摩擦隔震制作復(fù)位力產(chǎn)生直接影響。

圖3 摩擦擺隔震支座

相關(guān)工作人員研究摩擦擺隔震支座性能可以發(fā)現(xiàn)，其在具體應(yīng)用期間具有的滯回性好、耐久性高等優(yōu)勢，并且在溫度變化、長期荷載等各項因素影響下，仍然能夠保持穩(wěn)定性、可靠性。通過結(jié)構(gòu)隔震試驗?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)，通過對摩擦擺隔震支座進行應(yīng)用，能夠適當延長建筑工程上部結(jié)構(gòu)自振周期，降低地震對建筑工程上部結(jié)構(gòu)的不良影響，體現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性和復(fù)位能力。同時，全面發(fā)揮摩擦擺隔震支座作用，能夠預(yù)防建筑工程中的結(jié)構(gòu)損壞情況，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備、人員的有效保護。

3 建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)的應(yīng)用研究

3.1 建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計規(guī)范

將建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)應(yīng)用到建筑工程中，為了保證設(shè)計合理性，必要嚴格依據(jù)規(guī)范進行設(shè)計，也就是在具體設(shè)計時，需要采取分離方式完成相應(yīng)設(shè)計作業(yè)，適當引入減震系數(shù)，也就要對比分析結(jié)構(gòu)樓層的樓層剪力和非隔震結(jié)構(gòu)樓層剪力，依據(jù)最低比值完成減震系數(shù)設(shè)置。此外，針對高層建筑結(jié)構(gòu)來說，在對其進行設(shè)計時，設(shè)計人員需要從實際情況出發(fā)，對比分析樓層傾覆力矩，得到兩者最大數(shù)值。在對建筑工程結(jié)構(gòu)的減震系數(shù)進行確定條件下，應(yīng)當將非隔著結(jié)構(gòu)作為依據(jù)，針對隔震設(shè)計進行適當優(yōu)化，同時，需要從建筑工程具體情況入手，精準計算，保證最終隔震設(shè)計的合理性、安全性。通過對建筑工程中的隔震結(jié)構(gòu)與非隔震結(jié)構(gòu)可以能夠承受的地震作用進行全面分析可以發(fā)現(xiàn)，前者在建筑工程中的承受地震作用分布均勻或者近似梯形，后者承受地震作用則呈倒三角或近似彎曲形狀，由此可見，隔震結(jié)構(gòu)各層剪力和彎矩值都要小于建筑工程中的隔震結(jié)構(gòu)[8]。對于建筑工程中的隔震設(shè)計，在計算時，為了確保最終計算結(jié)果準確性，要采取分離方式開展，學科采用先進軟件，完成設(shè)計作業(yè)，提高隔震設(shè)計成果，確保最終設(shè)計效果能夠達到預(yù)期。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計期間要做好時程分析作業(yè)

計建筑工程中的隔震結(jié)構(gòu)的減震系數(shù)期間，必須要確保采用的隔震支座計算結(jié)果準確無誤。近幾年，我國科學技術(shù)得到飛速發(fā)展，各種不同類型先進計算機軟件都被合理應(yīng)用到隔震結(jié)構(gòu)計算內(nèi)，這為相關(guān)工作人員開展提供了更便利條件，而通過對程序進行應(yīng)用，能夠提供不同連接單元，主要包括的內(nèi)容有滑動隔震支座、普通橡膠支座、鉛芯橡膠支座等不同類型的連接單元，能夠滿足建筑工程中結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計在隔震設(shè)計方面的具體需求。

3.3 某學校宿舍對隔震技術(shù)的具體應(yīng)用

3.3.1 工程概況

某建筑工程為學生宿舍，整體面積為8658m2，宿舍內(nèi)人均面積約為8.35m2，整個建筑工程采用的為混凝土剪力墻，依據(jù)當?shù)丶夹g(shù)標準對建筑面積進行精準計算。對于學生宿舍來說，由于學生年紀較小，在宿舍生活期間，可能會出現(xiàn)跑動、打鬧等各項問題，會產(chǎn)生較大噪聲，因此，采取隔震技術(shù)需要兼顧隔音技術(shù)要求，保證最終建設(shè)的宿舍質(zhì)量能夠達到要求標準。同時，在進行宿舍建設(shè)時，對于可能發(fā)生的地震問題要充分考慮，要確保在發(fā)生地震后，建筑整體結(jié)果后能夠保持穩(wěn)定，如果地震形成的沖擊波引起的震動，導(dǎo)致樓板被震壞，將會破壞整個建筑工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，不僅會造成經(jīng)濟損失，而且會發(fā)生人員傷亡。

3.3.2 隔震技術(shù)在建筑中的具體應(yīng)用

針對該宿舍建筑，施工人員在對整個建筑情況進行全面分析基礎(chǔ)上，最終決定采取浮動式地臺的隔震技術(shù)建設(shè)宿舍。設(shè)計樓梯結(jié)構(gòu)時，在中間層設(shè)置的減震層，或者在四壁結(jié)合部位進行分隔，確保地震發(fā)生后，建筑結(jié)構(gòu)不會遭受嚴重破壞，地震結(jié)束后，經(jīng)過簡單的修整，建筑物結(jié)構(gòu)可以恢復(fù)原來位置，繼續(xù)應(yīng)用。通過這一設(shè)計方式，如果樓梯受地震影響斷開，一方面能夠保證樓梯出現(xiàn)變形后，能夠保持相對理想寬度，另一方面也能夠保證樓梯與四壁能夠保持相對安全距離。此外，也可以嘗試在建筑四周設(shè)置可以自動移動面，采取設(shè)置減震部件方式，提高整個建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。通過對浮動式地臺技術(shù)進行應(yīng)用，能夠大幅度減少施工作業(yè)期間對宿舍建筑主體結(jié)構(gòu)造成的沖擊，其基本結(jié)構(gòu)包括：圍邊膠墊1.2cm、隔震墊5.0cm、浮筑層不得小于10cm。

4 建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 開發(fā)新隔震體系與隔震元件

通過對現(xiàn)階段的技術(shù)來看，隔震系數(shù)和隔震支座都是主要構(gòu)成內(nèi)容，其性能會對隔震層性能產(chǎn)生直接影響，因此，在日后研究期間，要提高對隔震支座等各項材料的重視，加強研發(fā)，確保隔震技術(shù)作用能夠得到充分發(fā)揮。

4.2 提高經(jīng)濟效益

為了進一步促進隔震技術(shù)的應(yīng)用，使其能夠被合理、廣泛應(yīng)用到建筑工程中，要加強對隔震技術(shù)的研究，盡量降低隔震技術(shù)的造價，采取定量、定性評估方法，在確保隔震結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定基礎(chǔ)上，提高經(jīng)濟效益。

4.3 完善隔震技術(shù)設(shè)計規(guī)范

隔震技術(shù)設(shè)計規(guī)范是不同地區(qū)的強行執(zhí)行標準，而且充分體現(xiàn)了不同區(qū)域內(nèi)隔震技術(shù)具體理論實踐。可見，在未來發(fā)展期間，隔震技術(shù)標準將會得到進一步完善，使其能夠被應(yīng)用到不同建筑工程中，滿足應(yīng)用需求。

5 結(jié)語

隔震技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑工程施工作業(yè)中不可缺少的一項內(nèi)容，因此，相關(guān)工作人員要進一步加強對隔震技術(shù)的分析，做好相應(yīng)研究，全面集合建筑工程具體情況，靈活應(yīng)用，提高建筑工程整體安全性，延長其壽命。