建筑工程中減震結構設計探究

時德瑞

(重慶長廈安基建筑設計有限公司濟南分公司，山東 濟南 250000)

0 引 言

在建筑工程領域，結構設計工作是最為關鍵的一個組成部分，其不但會對建筑結構的整體性產生影響，同時也直接決定著建筑結構的整體穩定性，特別是對于經常發生地震的區域而言，還需要綜合考慮減震結構設計。建筑設計過程中需要考慮的因素有很多，不但涵蓋了梁柱的延伸性設計，同時還需要包括其他結構的設計工作。如果想要最大限度地提升工程整體質量，更為重要的一個方面就是要結合建筑物的實際情況保證設計更加規范與安全。與此同時，最大限度地提升建筑結構的減震性能也是提升建筑物整體穩定性的途徑之一。基于此，文章對建筑工程減震結構設計的相關問題進行闡述與分析。

1 建筑結構設計的要點概述和分析

1.1 整體分析

對于建筑結構設計而言，主要指的就是結合建筑物各個構件的實際受力情況對建筑物進行合理的分析與設計，力求能夠從結構設計層面入手保證建筑物結構具有較為良好的穩定性與安全性，這一方面保證了建筑物的整體質量，同時對于保證人們生活水平也會起到積極促進。建筑物施工完畢之后，必然要投入日常運營，此時建筑物會受到各種力的綜合影響，不同作用力對建筑物結構穩定性所產生的效果也會有所差別，如果整體建筑結構設計水平沒有滿足國家相關標準要求與規定，那么就可能會因為個別構件承載力不足而導致其自身的作用力顯著降低，導致建筑物的社會效益與經濟效益受到消極影響。而在建筑物整體結構設計的過程中，減震設計是一項十分重要的內容，特別是近些年來我國接二連三發生了幾起嚴重的地震地質災害，也給建筑物產生較大影響。為了能夠更好地防止自然災害所造成的影響，在開展建筑物結構設計的過程中必須對減震設計給予高度關注與重視，盡可能地對建筑物所在地的地質情況加以詳細的調查與統計，之后在進行整個建筑物結構設計的過程中，需要使用滿足本地區實際需求的一系列減震技術手段，這種方式對于提升建筑物的抗震性能有積極意義，同時還可以保證建筑物后期使用時可以安全運行，為維護社會穩定創造了良好的基本條件與價值。

在進行建筑結構設計的過程中必須要對整個建筑物中的各個危險構件進行詳細設計，通過數據計算得到各個構件所能夠承載的荷載極限值。在開展具體設計的過程中，必須要始終堅持穩定性與安全性原則，結合建筑物使用需求對其進行綜合規劃與設計。整個建筑設計的核心內容就是要保證建筑物結構具備良好的穩定性，這樣建筑物在遇到外力的影響下，也可以具備良好的抵御能力，進而保持建筑物原有的使用狀態，降低了外界作用力對建筑物產生的影響。在進行建筑結構設計的過程中需要綜合考慮墻柱、梁板、樓梯等各個部件，這些構件不但是建筑物的框架組成部分，同時也是建筑物的主要受力構件。在建筑物整個受力體系當中，以上構件之間都會出現作用力相互傳遞的情況，因此會承受豎向或者水平方向的力作用，因此就對構件的抗震、減震性能提出更高要求與規定，只有保證了建筑物構件具有較高穩定性，才可以保證建筑物安全性能滿足使用要求。

1.2 結構控制

結構整體控制也是一種十分常見的減震途徑，其是在整個建筑物結構以及建筑形式都已經被得到了良好控制以后，設計人員需要從系統角度出發加強有效控制。在應用這種控制方式的過程中需要滿足預期需求，最為關鍵的一點就是希望可以令建筑物內容所有構件自身的強度與延展性都可以滿足建筑物所在地地震設計烈度要求。設計人員在設計過程中要充分考慮建筑物自身的實際特征以及具體使用用途，進而對整體結構加以合理控制，保證建筑結構在大地震來臨以后可以體現自身價值，不斷提高建筑物的穩定性。

1.3 梁結構延性設計

結構設計在建筑物設計中扮演著十分重要的角色，其中梁作為水平作用力的主要傳遞構件顯得尤為重要，設計人員應當采取措施保證梁在受力作用下的撓度滿足要求，保證其延展性滿足要求，可以最大程度上抵御地震影響。另外，還應當合理控制梁兩段的延性系數，這對于提升滯回曲線飽和度有積極價值。在進行設計過程中如果發現梁的跨高比率較低，那么此時梁自身的延性也會受到影響，梁在受力作用下的變形也會產生變化。如果在建筑物使用過程中梁體結構整體延性、強度沒有達到實際需求，那么梁體在水平作用力影響下可能會發生破壞，進而影響整個建筑物的穩定性。對于這種情況而言，設計人員可以借助的手段比較多，例如可以在鋼板鏈接位置設置水平縫，并在縫隙兩側位置設置鋼板結構，并在其上開設螺栓孔，使用高強度螺栓連接。這種方法不但可以滿足延性需求，同時還可以在剛度保持不變的前提下，最大程度上降低地震所產生的影響。

1.4 柱的延性設計

結合以往地震災害之后的實地調研結果發現，如果建筑物受到地震作用力較小，那么一般柱不會產生較大破壞，柱子在地震力作用下，其自身延性也可以得到充分發揮。但是如果地震力較大，那么柱子自身的延性可能就會受到影響。所以，在對主體結構進行設計過程中可以適當地加裝螺旋箍筋結構，一方面可以保證箍筋強度得以提升，另外還可以對已有材料配置進行不斷優化，這種設計方式的好處就是可以提高建筑的整體抗震性能，因此結合建筑物實際情況進行合理開展柱子的延性設計是尤為關鍵的。

2 建筑結構設計中的主要隔震措施

2.1 建筑物地基要盡可能采用特殊材料進行隔震控制

地基是地震對建筑物產生影響最直接的部位，同時也是地震作用力最直接的作用區，因此關鍵所在就是要不斷加強地基的基礎設施，力求能夠獲得良好的隔震效果，這也是最便捷、最直接的手段。對于建筑物隔震而言，主要指的就是對建筑物部分基礎設施進行特殊化的處理，可以鋪設一些墊層實現對地震作用力的逐層削弱，進而減輕地震對建筑物所產生的破壞作用。這種方法雖然是一種比較傳統的方法，但是其作用效果卻十分理想。這種方法的原理就是通過減弱地震波的影響，通過中介物質不斷地削弱地震波能量，進而實現對建筑物的保護作用。在我國建筑歷史發展過程中，甚至曾經還有人使用糯米作為原材料設置建筑物基礎部分，力求可以減輕地震對建筑物所產生的損害，雖然這種方法聽上去可能不靠譜，但是在當時的歷史情況下，也是一種比較良好的技術創新，而且研發人員也已經認識到了地基材料選擇應當具備一定的黏著性，只有借助這種方式，才能夠獲得較為良好的隔震效果。而隨著我國科學技術水平發展速度的不斷加快，越來越多先進的材料被使用到了建筑物地基建設當中。而經過不斷的研究與試驗，一些研究學者發現瀝青作為一種特殊材料，將其應用到建筑物地基當中，會獲得較為良好的減震效果。

2.2 建筑物層間隔震的主要措施分析

對于一些正在進行改建的老舊建筑物而言，也需要對其進行隔震設計，一般情況下所使用的都是層間隔震的方式。這種方法的施工可操作性較強、較為便利，因此被廣泛地應用到了工程施工領域。而與建筑物基本物質設置隔震裝置對比而言，層間隔震的效果并不是十分理想，而且減震作用范圍也比較小，因此層間隔震的方式的方法很難能夠大規模地應用到建筑物設計結構當中，與其他方法對比而言，其所可能產生的減震作用也不是十分理想。這種方法更多情況下所依靠的還是設置在建筑物結構各個層間間隔的減震設施對地震能量進行逐漸吸收與削弱，進而減小地震對建筑物所造成的危害程度，但是整體效果并不是十分好。

2.3 建筑物結構懸掛隔震

懸掛隔震結構也是目前比較常見的一種隔震構造，其是將建筑物大部分或者整個建筑物懸掛起來，在建筑物構件受到地震力荷載沖擊時，地震的能量就不會傳遞到已經經過懸掛處理的結構，進而達到減少損壞、傳遞能量效果，對于這種結果而言，一般比較常用于一些鋼結構當中。但是這種設計模式對結構設計人員的專業知識要求較高，需要將建筑物主體框架與子結構框架充分結合在一起，這種結構及時在地震來臨時，子結構框架也不會受到地震荷載影響。從其主要原理上看，就是在地震荷載來臨之前主框架會隨著地震波方向產生搖擺，但是框架與主框架之間是能夠進行靈活運動的標桿，因此地震能量在達到各個構件之后，就已經受到了一定的削弱與簡化，不會直接傳遞到建筑物主體結構當中。這種結構設計方式的主要優勢就是具有良好的隔震效果，同時對于降低建筑物損傷也起到了積極幫助。但是這種結構設計方式的整體成本造價比較高，大量的鋼結構將會導致整體工程的施工成本出現不斷降低情況，因此通常情況下被使用到民用建筑結構當中。

2.4 其他常見隔震設計手段

對于建筑減震設計而言，就是希望能夠最大限度地令建筑結構在建筑物當中具有良好強度。通過以上論述可以發現，可以選擇的減震結構設計方法比較多，在選擇具體方法過程中應當結合整個建筑物的具體使用要求。但是在具體設計時，可能會出現某個部位延性或穩定性不理想的情況。為了解決這個問題，在設計時就可以從兩個角度出發對建筑物特點進行研究，進而保證建筑結構減震設計效果滿足實際需求。所以，減震結構誰應當被進行大范圍的推廣，在不同類型的建筑物結構當中都進行合理使用。

(1) 吸震設計。對于這種設計方式而言，是結構安裝過程中所選擇的一種比較特殊的方式，另外還可以在建筑物當中安裝附加結構，該結構可以適當地吸收地震力所產生的能量，這種方式可以緩解建筑物所產生的損害。一般情況下目前比較常見的做法就是在適當位置預留分隔縫，通過內外筒之間所產生的吸引作用對地震能量加以有效吸收，保證建筑物的使用安全與壽命。

(2) 阻震設計。對于這種方式而言，筆者認為可以適當地增加阻尼器的數量，阻尼器在地震來臨之后可以有效降低地震所產生的能量，降低地震荷載所產生的振動效應。如果阻尼器自身的性能比較理想，那么對于緩解地震作用力有積極意義。一般情況下，對于高層建筑結構而言，可以在高層框架核心筒體連接位置增設彈簧鋼桿摩擦減震器等。

(3) 隔震設計。隔震設計在最近幾年也受到了人們的關注，也是目前比較常用的一種設計方法，其主要原理就是在整個建筑物的防震結構位置合理設置隔震層，通過這種結構降低地震能量的影響。在進行隔震設計過程中應當明確較為阻震特征，使用這種方式的主要作用在隔震層當中安裝特殊材料。

(4) 結構的動力優化設計。無論是在進行結構設計還是在減震設計當中都應當結合實際情況對結構加以合理優化，例如在選擇吸振器過程中應當綜合考慮相關參數以及具體的安裝位置，這些都是需要關注的重點，只有通過這種方式才可以保證結構具有良好的合理性。以下就將框架減震墻結構作為研究對象對結構優化的相關問題加以闡述與分析。對于框架結構而言，在遭遇中震時，塑性鉸僅僅是出現在梁結構的兩段，而在遭遇大震時則會在柱子根部出現塑性鉸，最終形成梁式側移結構，因此無論是在任何情況下節點都始終處于彈性狀態。而對于抗震墻結構而言，在中震時塑性鉸僅僅是出現在梁結構的兩段，只有在遭遇大震動情況下才會在墻體根部位置產生塑性鉸。而從地震實際情況以及試驗所得到結果中可以發現，墻體一般是先于框架破壞。

3 結束語

綜上所述，在開展工程建設的過程中，工作人員結合建筑物所在地地震烈度情況合理開展減震結構設計是十分關鍵的。可以使用的減震方法有很多，但是不同設計方法有著各自的優勢與不足，因此筆者認為設計人員一方面可以結合建筑物具體情況選擇合理的減震設計方法，同時也可以將幾種不同方法綜合結合在一起，真正實現趨利避害，進而獲得比較理想的減震設計效果，不斷提升建筑物的整體穩定性，保障人民生命財產安全。