建筑結構設計中的隔震減震措施淺析

馬良策

澳創國際工程設計（深圳）有限公司北京分公司 北京 100000

為了優化城市布局，解決城市人口居住問題，很多高層建筑在城市中拔地而起，但是在高層建筑中，建筑結構的合理性是十分重要的，建筑的抗震能力直接關系著人們的生命安全，因此這就需要設計師，能夠利用一切技術手段，通過科學有效的抗震措施，來保證建筑設計的切實可行性，使建筑的整體質量能夠得到有效地提升。

1 建筑結構設計隔震減震模式的應用意義

我國發生的重大地震災害1976年的唐山大地震，2018年的汶川大地震，那些慘烈的場景至今依舊在內心中揮之不去，地震災害不僅給建筑行業帶來巨大沖擊，也造成了巨大的社會經濟損失，同時無情的地震災害更是奪走了許許多多無辜的生命[1]。在汶川地震發生時，桑棗中學全校2300多名師生，在1分36秒的時間內上演了極限逃生，全部安全轉移，無一人傷亡，他們的校長“葉志平”在上任初期，就十分關注學校建筑的安全問題，他在任時期對學校的大部分建筑全部重新進行了加固。汶川大地震來臨時，學校無一人傷亡。面對無情的自然災害人類是渺小的，但是我們要相信科技的力量，技術的力量，智慧的力量是強大的。近年來建筑設計中關于建筑結構抗震能力設計越來越受到跟多人的關注。在建筑結構設計中，隔震減震設計是有效確保建筑抗震性，提高建筑整體質量，使建筑物在一定外力作用下能夠依舊堅持屹立不倒的前提保證。在建筑結構設計中合理地運用減震措施，是可以幫助建筑物提高自身的抗阻力性，能夠保證在長期的風力作用下，不會產生位移的情況出現，保證建筑地基的牢固性，而且減震措施能夠減少地震過程中帶來的豎向影響；而隔震體系的應用，能夠有效地延長建筑結構的震期，是地震中產生的水平震力能夠降低，從而減少地震帶來的損害，保證建筑結構的強度和韌度。而且經過一些有效的實驗研究和相關的實驗數據表明，合理的減震、隔震措施能夠有效的減低地震的出現時的加速度反應，而且還能夠減少地震當帶來的損壞，提高了建筑物的強度，這也在一定程度上起到了保護人們生命和財產安全的作用。

2 建筑結構設計中隔震減震存在的問題

2.1 隔震減震支座會受到抗震墻的影響

如果在進行隔震減震設計時，沒有結合建筑的實際情況和特點以及抗震墻承載能力，那么就很可能會導致減震失效[2]。減震設計和隔震設計的不合理性或者是間隔過大，在地震發生時，建筑的傾覆力在不斷增加的同時，會對抗震支座的拉力產生一定的影響，導致抗震能力降低。在設計抗震減震支座的時候，應該考慮到當地的地理環境，以及建筑物的實際情況，在受力面積較大的一面進行支座的安裝和設置，此外還要充分的考慮到隔震減震支架，可能會受到拉力影響的一些因素，在進行設置的時候就要采取有效的規避措施，不然受到拉力的影響就會降低了實際的減震效果。

2.2 建筑物走向對抗震的影響

在高層建筑中，抗震設計尤為重要，也是建筑結構的一個重要組成部分，高層建筑在發生地震的時候，根據地震的方向，所產生的建筑走向情況十分明顯，而且這一走向也會直接對減震、隔震產生一定的影響。我們都知道，地震是由于地殼運動的原因所造成的，對此在進行建筑設計的時候，就需要相關的設計人員結合建筑地點的實際情況，以及所在地區的地質結構，氣候情況等進行全面的分析，確保在建筑建設的時候能夠符合當地的地質特點，以及地震方向來進行[3]。避免出現建筑物和地震方向呈現在同一個水平方向，這樣會加劇地震帶來的建筑損壞。如果保證建筑和地震走向處于垂直狀態下，則可以很好地避免這一問題，還能夠大大地減少地震給建筑帶來的損壞。

2.3 建筑結構的選擇產生的影響

傳統的建筑抗震能力不強的主要原因也是因為，建筑結構選擇的不合理，降低了減震，隔震的力度，而且傳統的框架結構主要的特點就是剪切變形，這種結構不利于發揮減震和隔震設計的優勢[4]。所以現階段通常都是橡膠支座來進行隔震設計，這樣能夠使得隔震效果大大提升。

2.4 墻體與防震縫設計問題

要加強建筑結構的抗震能力，就要在設計過程中考慮到建筑墻體的位置和厚度等綜合因素，要保證墻體結構的合理性，提升建筑本身的承載能力的同時還要確保其能夠具有一定的抗震能力，防止墻體短時間內倒塌情況的出現。而抗震縫設計，能夠幫助建筑物提升自身的抗震能力，但是現階段我國很多普通區域內部都缺少防震縫的設置，一般只是在一些地震災害高發的地區間設置，但是地震是屬于偶然現象，因此應該加大防震縫設置的范圍，還要考慮到地震發生后，地面和建筑可能出現位移的情況，優化抗震縫的長度和寬度設計。

3 建筑結構設計中的隔震減震措施

3.1 隔震措施

隔震技術則使用隔震層削弱房屋與基礎的這種鏈接，減小和隔離地震能量向上部的傳輸，可消除或者有效減輕地震對房屋建筑的損壞，達到減震抗震，保護室內設備功能，提高建筑物安全性的效果，是以柔克剛抗御地震的方法。隔震技術在實際應用中已經取得了顯著的減災效果，比如2013年川西雅安蘆山縣7.0級地震時，蘆山縣人民醫院門診大樓因在2008年汶川地震后恢復重建中采用隔震技術建造而基本完好，建筑正常運轉使用，為搶救受傷民眾作出重大貢獻，被網民稱為“樓堅強”。目前在我國云南、甘肅、四川、陜西等地的機場、大學學校、醫院的房屋建筑中開始推廣應用，不過隔震技術更適宜于高寬比小于4的建筑物，建筑成本也有點高。目前來看我國應用的隔震措施是比減震措施力度大的，而且比較常見的隔震措施就包括了基礎隔震、間層隔震以及特殊材料隔震，這三種措施。

首先，當前最先進的基礎隔震技術是通過高新技術產品建筑隔震橡膠支座，將上部建筑結構與下部地基結構隔離，由于建筑隔震橡膠支座中的隔震層剛度小，柔性強，當地震發生時隔震層將發揮隔震的作用，代替上部結構，承受地震強烈的位移動力，此時上部建筑結構的反應，相當于不隔震情況下的1/4-1/12，接近于平動從而隔離了地震的作用?；A隔震措施一般都是應用于普通建筑結構當中，在一些常規化的建筑結構中，通常會運用鉛芯橡膠隔震支座和疊層橡膠隔震支座兩種。建筑隔震橡膠支座利用特殊的配方技能消耗在地震中傳遞的水平震動能量，在地震來臨時豎向提供對建筑物的支撐水平方向上不會將全部能量傳遞給建筑物，從而保障建筑物的牢固性。

其次，隔震層是為了提高結構的抗震能力，在工程中設計隔震層，并采用減隔震技術，通過在隔震層主體結構全部由疊層橡膠隔震支座拖起，上部混凝土結構與基礎底板完全斷開，同時設置粘滯性阻尼器，已限制建筑物在地震作用下產生過大水平位移。利用橡膠支座的水平柔性形成一道柔性隔震層，從而吸收和耗散地震能量。

最后，特殊材料的隔震應用利用一些特殊的抗震材料能夠有效地將地震帶來的震感削弱，鞏固建筑的整體結構，將地震帶來的影響大大降低。通常在傳統的建筑當中會使用沙子或者黏土等材料來進行設置隔震阻擋，或者是使用其他的材料進行加固，達到抵抗地震的效果。

隨著科技的不斷進步發展，現在越來越多的格針材料能夠被運用到建筑設計當中，比如彈性隔震磚、隔震支座、抗拉裝置等。而且還會有更多的先進的抗震技術被不斷地研究發展出來。在進行建筑結構設計過程中，相關的設計人員如果能夠將特殊的隔震技術和特殊的隔震材料進行結合使用。就能夠充分地發揮出隔震的優勢。嗯最大程度的減輕地震所帶來的負面影響。尤其是對于一些高層建筑來說。必須要進行隔震設計，要針對不同的建筑需求以及不同地區的地理環境和地質結構去選擇更為合適的隔震技術，充分發揮隔震技術的優勢，確保達到建筑的隔震需求，降低地震帶來的建筑結構反應。此外，在抗震設計的過程當中，還有一種方式叫做懸掛隔震模式，其主要原理就是通過減輕對地面的承載力而達到一定的減震效果，這種隔震方式能夠讓建筑物的重量懸掛起到良好的效應。由于地震是屬于地質災害，是需要通過地面反應來發生的，因此利用這一技術就能夠保證在地震發生的時候地震帶來的波動，不會傳導到懸掛起來的建筑結構當中，有效地避免了地震帶來的損害。在一些大型的鋼結構建筑設計當中，如果能夠有效地采用懸掛隔震技術，使鋼結構體系中的各個分子模塊和框架體系共同發力，達到一定的抗震作用。

3.2 建筑走向設計

上文中也提到過建筑物的走向，會直接影響地震所帶來的危害，我國對建筑行業一直有著相關的規定，在開始建設一個建筑工程的時候，必須要去全面的評定該建筑物所在的地理位置，先進行一定的巖土勘察或者地質勘察等工作。要全方面去對該地區進行風險評估，針對一些風險因素進行分析，然后在去結合實際的建筑需求和建筑結構以及評定結果，制定更加科學完善的抗震措施，同時還要不斷的去完善抗震工作，確保建筑物的抗震能力能夠達到一定要求，并且在一定時間的推移下，抗震能力能夠依舊保持穩固。再進行地質勘察的過程中，首先要明確了解的就是地震的大致走向，以確保建筑物的走向和地震的震向之間，呈現出的是一種垂直狀態。其次在進行地質勘查的時候，還要注意針對一些若土地基或者接近地震帶的區域進行全面勘測，避免將建筑物建筑在這些地區之上，同時還要在施工之前去對當地的一些水文情況，防止其他自然災害給建筑物帶來一定的損害。在當代建筑中，常見的建筑結構大部分都屬于鋼筋混凝土或者磚混結構，這些材質的建筑結構本身就具有較強的承載能力，能夠保證建筑物的牢固，同時還能夠加強建筑本身的抗震性。要想選取更為合適的建筑結構，就必須要設計者在進行設計時，結合當地的實際情況來選擇更為合適的建筑材料進行建造，在幫助建筑企業降低建設成本的同時，還要全面保證建筑的質量。

3.3 建筑結構設計中的減震措施

不同于格政策是減震措施，主要就是在建筑物的外圍進行加固建設，通過在外部增加一些零件讓建筑物本身的阻力，能夠得到有效地增加，從而達到減震的效果。在利用減震措施來進行建筑結構設計的時候，通常會采用阻尼和消能器兩種裝置，來提高建筑的抗震能力。我們所熟知的大興機場就是建在了震動強烈的軌道交通之上的，那么他本身是如何去做到減少這種震動帶來的影響的，其實就是利用了有效的減震措施，將整個地下1層做成了一個隔震層，在這一層用了1320個減震柱，再加上144個抗震阻尼，用這些減震裝置把整個地下一層做成一個隔震的樓層，機場1-5層包含的結構都是建在這個由一千多根柱子所組成，搭建起來的一個大的平板上，也就是說機場的下部結構和上部結構通過隔震層分開，中間是軟柱進行支撐，當底下產生震動的時候，是傳達不到機場樓本身的[5]。甚至于在未來如果發生地震的時候，他的整個整板都是活的，所以他的抗震系數就更強。在自然災害頻發的今天，人們對建筑的安全性抗震性，抗災害性都格外的關注，這也就是得更多的新型建筑理念不斷涌現，也給減震技術帶來了全新的發展，減震裝置的有效應用能夠防范地震所帶來的極大危害，增加了建筑本身的牢固性和抗干擾性[6]。同時減震裝置已經成為了建筑物的抗震加固措施，通常在開始進行建設之前，就需要設計出相應的減震裝置和減震方案，以確保減震措施能夠滿足實際的抗震需求，確保建筑物的性能得到大幅度的提升[7]。

3.4 強化實驗研究力度，完善檢測

由于我國在建筑結構設計中依舊沒有做到十分完美，可能還會存在一些弊端和問題，而且在進行設計的時候很多隔震性能沒有進行驗證，或者驗證結果不是特別理想，這些也都會直接影響建筑結構的抗震性能。通常在實際的建筑結構設計中，一般會使用一些模擬式樣的方式來進行，但是由于實驗方式大部分只是針對水平向的地震來進行設定，能夠分析出這一狀態下地震所產生的影響，這也就使得最終的結構設計存在著一定的弊端[8]。因此還需要不斷的完善加強相關的實驗研究力度，利用先進的技術手段，或者是利用網絡技術，通過3D模型設計，模擬地震發生的規律，然后進行多次反復實驗，選擇出最為合適的減震隔震裝置。此外由于我國目前的一些隔震裝置并不完善，在隔震力度上還有待進一步加強，因此對于這一技術還需要相關的技術人員能夠進行反復的測試，并在應用過程中進行不斷的完善和檢測，確保隔震措施能夠在未來災害發生的時候，發揮其最大的作用，保護人們的生命和財產安全，為建筑行業的良好發展奠定條件。

4 結束語

總而言之，我們常說災難無情，人有情，在面對大自然的災害時候，雖然人類是渺小的，但是我們始終相信人類的智慧是偉大的。而且近年來隨著建筑結構設計中隔震減震措施得到了廣泛的應用，而且有很多成功的案例對這些技術得到了很好的驗證，這也就說明了，減隔震措施，對于建筑結構的抗震能力有著不可忽視的作用，因此有關技術人員應該不斷加強這方面的技術研究，及時發現并解決建筑結構中可能存在的隱患或安全問題，為人們的生命和財產安全保駕護航。