關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的隔震減震措施

摘 要：近些年來，我國基礎(chǔ)建設(shè)以及建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計行業(yè)的發(fā)展迅猛，尤其在隔震和減震方面更應(yīng)予以重視，因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性不可忽視。在建筑工作中，合理且科學(xué)的抗震措施能夠不斷提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，發(fā)揮重要作用。只有滿足實(shí)際建設(shè)需求的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，才能進(jìn)一步提高建筑的安全性和穩(wěn)定性，保障人們的生命和財產(chǎn)安全。本文從隔震減震方面入手，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行分析，并提出幾點(diǎn)有關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：房屋建筑；建筑結(jié)構(gòu)；隔震減震措施

引言

建筑結(jié)構(gòu)安全性的影響因素千差萬別，建筑物的總體設(shè)計由多個結(jié)構(gòu)組成。如果出現(xiàn)某個結(jié)構(gòu)的安全問題，將對建筑整體的安全性和品質(zhì)構(gòu)成威脅。為確保日常生活與工作環(huán)境安全無虞，并保障建筑物使用者的人身安全，有必要提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，高度重視建筑結(jié)構(gòu)安全，以確保施工團(tuán)隊(duì)能順利按照設(shè)計圖紙進(jìn)行施工。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的隔震減震的重要性

要充分發(fā)揮建筑本身的功能，就要保證其質(zhì)量，特別是在自然災(zāi)害面前，更要充分發(fā)揮其防御功能。在建筑物中，抗震的重點(diǎn)是保證使用者的生命財產(chǎn)安全，相關(guān)資料調(diào)查表明，地震傷亡主要與建筑物的倒塌和破壞有密切關(guān)聯(lián)，所以建筑物結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計非常關(guān)鍵。同時，我國目前的地震具備一定的隨機(jī)性，無法確定地震的烈度和時間，因此需要保證地震發(fā)生時建筑物保持彈性狀態(tài)。當(dāng)受到強(qiáng)烈震動時，即使建筑物會震動但不會倒塌，減少用戶損失。對于設(shè)計師來說，在設(shè)計建筑物時，應(yīng)當(dāng)充分考慮抗震性能，對其進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，以保證使用者的安全。

二、抗震設(shè)計基本原則

一是簡化性。簡化建筑物的結(jié)構(gòu)對進(jìn)一步提升建筑物的抗震性能有很大幫助。因此，在將抗震設(shè)計列為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)盡量簡化建筑結(jié)構(gòu)，避免過于復(fù)雜的設(shè)計。從設(shè)計技術(shù)和性能改進(jìn)的角度，應(yīng)當(dāng)預(yù)留足夠的活動空間來進(jìn)一步提升建筑的抗震性能。二是抵抗性。建筑物的抗震性能是保證抗震性能的關(guān)鍵。要求合理控制建筑結(jié)構(gòu)各部分的剛度，使其滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)合力學(xué)分析，對建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行測試。當(dāng)建筑物遇到地震時，進(jìn)一步增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的受力平衡，以抵抗地震造成的破壞。三是清晰性。在抗震設(shè)計中，主要借助科學(xué)規(guī)劃力的傳遞路徑來分散和消耗地震力，從而保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在實(shí)踐中，一定要遵循清晰性原則，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)科學(xué)規(guī)劃電力傳輸路徑。構(gòu)建三維模型，對整個建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析討論，了解結(jié)構(gòu)的受力特性和外力作用時可能形成的位移，然后結(jié)合模型計算和支撐荷載，科學(xué)規(guī)劃動力傳遞路徑，減少地震災(zāi)害對建筑結(jié)構(gòu)的影響。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中隔震減震存在的問題

（一）隔震減震支座會受到抗震墻的影響

為了使建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，應(yīng)當(dāng)盡可能分散減震和隔震設(shè)計。如果安裝在建筑物周圍，地震時建筑物的傾覆力會進(jìn)一步提高，也會對建筑物產(chǎn)生影響。設(shè)計過程中參照實(shí)際情況，在受力較大的一側(cè)應(yīng)設(shè)置抗震減震支架，支架間距不宜相對較大，一般2m左右就能夠滿足實(shí)際設(shè)計要求。減震支座經(jīng)常因受拉而發(fā)生變化，從某種角度上看來妨礙了建筑物的減震隔震效果，造成建筑物的水平變形。

（二）抗震性能較低

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計作為建筑設(shè)計的關(guān)鍵組成部分，各方面的建筑設(shè)計都受到了廣泛的關(guān)注，而建筑設(shè)計的滿意結(jié)果需要合理的設(shè)計。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須保證建筑結(jié)構(gòu)的安全。但有些設(shè)計師理解力差，難以融入先進(jìn)的設(shè)計思想，無法保證建筑結(jié)構(gòu)的安全。這使得在某些地區(qū)難以完成建筑物的結(jié)構(gòu)特征，特別是抗震性能，這主要是因?yàn)榭拐鸾Y(jié)構(gòu)的設(shè)計可靠性差。由于建筑物的抗震水平較低，或由于部分設(shè)計人員對抗震設(shè)計不了解，容易忽略抗震設(shè)計，導(dǎo)致建筑的抗震性能難以滿足實(shí)際要求。有些地質(zhì)區(qū)域特別容易發(fā)生災(zāi)害，給建筑工程造成極大的安全隱患。因此，設(shè)計者應(yīng)加強(qiáng)抗震設(shè)計，對部分地震多發(fā)區(qū)域進(jìn)行更深入的研究設(shè)計，以大大提高施工安全性。

（三）設(shè)計人員安全意識不足

為了確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計符合國家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計師會實(shí)地調(diào)查建筑現(xiàn)場的環(huán)境，徹底分析建筑地基和施工條件?？紤]到工程造價和經(jīng)驗(yàn)，會結(jié)合多方面實(shí)際情況來設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)，只有這樣，才能確保建筑結(jié)構(gòu)滿足實(shí)際需求并保證其安全性。然而，有些設(shè)計單位現(xiàn)如今關(guān)注的更多是自身獲得的經(jīng)濟(jì)效益。他們在雇傭設(shè)計師時更傾向于選擇缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的新人設(shè)計師，并頻繁發(fā)生造假事件。這導(dǎo)致了建筑設(shè)計行業(yè)水平的不斷下降，設(shè)計人員缺乏設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，對建筑結(jié)構(gòu)造成安全性的影響。一些設(shè)計人員過于追求建筑外觀美觀，而忽視了建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性。這種行為不僅會縮短建筑的使用壽命，還會極大地危及使用者的生命安全。

四、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的隔震減震措施

（一）不斷更新設(shè)計理念

為保障建筑工程的持久穩(wěn)定與可靠運(yùn)行，從事結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計工作時應(yīng)嚴(yán)格遵循《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》等法規(guī)條例。同時，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)條件和要求加以分析，并以“三水準(zhǔn)、兩階段”視角來優(yōu)化結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計效果?！叭疁?zhǔn)”指的是建筑結(jié)構(gòu)在小震、中震和大震事件中，分別保持不壞、可修復(fù)和不倒的狀態(tài)。“兩階段”設(shè)計包括兩個階段：第一階段將第一水平地震烈度參數(shù)作為基準(zhǔn)，對地震對結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行準(zhǔn)確計算，同時考慮重力和風(fēng)荷載等參數(shù)的組合，以計算結(jié)果為參考確定承載力抗震調(diào)整系數(shù)，保證結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計符合第一水平地震烈度標(biāo)準(zhǔn)。同時對設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整，以提高結(jié)構(gòu)的地震韌性和減小損傷。另外，還需利用相同的地震數(shù)據(jù)計算結(jié)構(gòu)層間的位移角，控制其具體數(shù)值參照相關(guān)抗震規(guī)范的限制要求。同時，應(yīng)合理采用抗震構(gòu)造措施，確保結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計達(dá)到第二水平地震烈度標(biāo)準(zhǔn)。在第二階段，以第三水平地震數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性層間位移角參數(shù)的計算，保證其數(shù)值不超過限定要求，并融合有效的抗震構(gòu)造措施，以滿足第三水平抗震要求。

（二）建筑場地和施工工藝的合理選擇

為了減少自然災(zāi)害對建筑經(jīng)濟(jì)造成的損失，并保障居民的安全，建筑所在區(qū)域的選址需盡量避開軟土地基和接近地震斷裂帶的區(qū)域。在建筑施工前，需要考察周邊地質(zhì)和水文條件。選擇建筑所在區(qū)域時，不僅要避開易發(fā)生地震的區(qū)域，還需避免建設(shè)工業(yè)基地。此外，磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是主要的建筑結(jié)構(gòu)類型，在實(shí)際的建設(shè)過程中，需根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定，選用恰當(dāng)?shù)氖┕すに?。目前廣泛采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因其具有較高的承載能力和穩(wěn)定性。采用鋼筋混凝土技術(shù)進(jìn)行抗震設(shè)計，其優(yōu)點(diǎn)顯而易見。在進(jìn)行抗震設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)具體區(qū)域方案進(jìn)行最終確定，以避免盲目施工。同時，還應(yīng)科學(xué)選取施工工藝，考慮建筑物特性和抵抗地震級別。

（三）剪力墻設(shè)計

建筑結(jié)構(gòu)的抗震內(nèi)容很多，如普通剪力墻就是一種常用的抗震結(jié)構(gòu)形式。目前，常規(guī)住宅建筑為高層建筑或超高層建筑，一般都安裝剪力墻以達(dá)到抗震的目的。剪力墻面內(nèi)剛度大，面外剛度小，因此剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能沿兩個方向布置。大多數(shù)情況下，剪力墻應(yīng)均勻?qū)ΨQ地鋪設(shè)在建筑物外圍、樓梯和電梯周圍，以及平面形狀變化較大的地方。布置剪力墻時，如因建筑需要不能在一個方向安裝剪力墻時，應(yīng)采取其他抗力構(gòu)件，使剪力墻在水平力作用下的豎向和水平方向的位移值相近。剪力墻豎向布置要求自上而下連續(xù)、均勻，如果從上到下存在不連續(xù)性，則會造成剛度的急劇變化。這時需要調(diào)整壁厚，以進(jìn)一步提升橫向剪力墻的強(qiáng)度。剪力墻洞口的布置對建筑結(jié)構(gòu)中剪力墻的抗震性能影響最為明顯。剪力墻開孔要有規(guī)律，避免到處鉆孔，開孔散開，剪力墻開孔盡量設(shè)計成柱狀。不規(guī)則的開口會造成電壓不平衡，從而在建筑物中逐步形成潛在的弱點(diǎn)。當(dāng)孔洞無法避免時，要在孔洞周圍采取一定的加固措施。剪力墻配置的優(yōu)點(diǎn)是能夠進(jìn)一步提升建筑物上部的可靠性。

（四）隔震措施

建筑物在抗震時的措施一般是隔震措施多于減震措施，典型的隔震措施有基礎(chǔ)隔震、樓面隔震和特殊材料隔震三種。在特殊材料的應(yīng)用過程中，主要分為黏土、沙子和瀝青三種。參照反復(fù)試驗(yàn)和比較表明，地基隔震方法對建筑設(shè)計的影響更為明顯，在形狀比較規(guī)則的建筑物中常采取地基隔震措施。在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計過程中，很多建筑材料選用的是沙子和黏土，這兩種材料的應(yīng)用能夠加固地基，從而有效地減少地震帶來的力量。這種技術(shù)在高層建筑中經(jīng)常見到，但從實(shí)用的角度來看，基礎(chǔ)隔膜的隔震效果不是很好。地震發(fā)生后，很難傳遞到建筑物的懸空結(jié)構(gòu)上，從而有效地防止地震破壞。在采用隔震的過程中，常用的結(jié)構(gòu)是大型鋼結(jié)構(gòu)。對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的懸掛體系應(yīng)用，能夠大幅度減少地震帶來的危害。該隔震鋼結(jié)構(gòu)體系主要由分子結(jié)構(gòu)模塊和主框架模塊組成，各模塊之間協(xié)同作用，發(fā)揮其在地震保護(hù)中的作用，有效避免地震可能帶來的各種危害。

（五）合理選擇建筑場地

就建筑工程而言，在抗震工程設(shè)計和實(shí)施過程中，國家制定了相應(yīng)的策略，明確了工程范圍。在工程規(guī)劃和初步設(shè)計過程中，針對可能發(fā)生災(zāi)害的區(qū)域進(jìn)行了抗震評估，參照評估的結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震工程，以保證工程建筑的抗震結(jié)構(gòu)質(zhì)量。在施工選址過程中，盡量避開地基薄弱、靠近地震斷裂帶的地區(qū)。項(xiàng)目實(shí)施前，應(yīng)參照地理和水文條件的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)查。為減少地震對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不利影響，保障人民群眾家園安全，盡量不向地震多發(fā)地區(qū)轉(zhuǎn)移，不在危險地區(qū)建設(shè)新的產(chǎn)業(yè)基地。在工程的具體施工過程中，磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土是選用最多的結(jié)構(gòu)形式，要參照建筑工程的特點(diǎn)選擇最合適的施工工藝。目前應(yīng)用最普遍的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其承載能力高，不易變形，在建筑抗震工程設(shè)計中，該技術(shù)也具備諸多優(yōu)勢。在建設(shè)工程抗震設(shè)計過程中，應(yīng)參照全國各地規(guī)劃具體確定，避免盲目實(shí)施，結(jié)合房屋的建筑特點(diǎn)及其抗震等級合理選擇。

（六）在設(shè)計中做好建筑空間的結(jié)構(gòu)布置

在抗震設(shè)計規(guī)范中，對異形結(jié)構(gòu)有詳細(xì)的說明。與簡單的方形建筑相比，異形結(jié)構(gòu)在地震中更容易發(fā)生扭曲。另外，還要保證建筑結(jié)構(gòu)的完整性，即在設(shè)計中，設(shè)計者要保證建筑的承重構(gòu)件、次承重構(gòu)件和圍護(hù)結(jié)構(gòu)連接在一起，逐步形成一個整體。目前我們國家抗震能力強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)，均采取使用現(xiàn)澆鋼梁、柱、鋼筋，進(jìn)一步提升了房屋的整體性。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)由預(yù)制板制成，在地震下容易開裂和損壞。當(dāng)然，在抗震設(shè)計中也需要提高二次結(jié)構(gòu)來保證建筑物的安全，如門式結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)中的構(gòu)造柱、圓梁、墻體支撐等措施，能夠有效減少墻體在地震作用下開裂倒塌，進(jìn)一步提升了結(jié)構(gòu)的整體性，在原有的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步提高了整個結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)。

（七）強(qiáng)化試驗(yàn)研究力度，完善檢測

就目前的情況來看，我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中還存在一些問題，很多隔震性能還沒有得到驗(yàn)證。在建筑物的隔震結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)注過程中，模型的計算只是一個小方面，以模擬的形式進(jìn)行配置，在應(yīng)用過程中，采取分級法，考慮到形成的地震效應(yīng)，這造成在確定結(jié)構(gòu)尺寸的過程中有很大的局限性，也造成了計算結(jié)果和具體模型能否對地震的實(shí)際發(fā)生發(fā)揮真實(shí)作用的未知因素。研究工作過程中需要考慮的因素涵蓋很多方面，不同地區(qū)需要區(qū)別對待。目前，隔震裝置的應(yīng)用存在較大的缺陷。相關(guān)人員在應(yīng)用這些技術(shù)的過程中也應(yīng)該不斷地監(jiān)控和改進(jìn)這些技術(shù)，將一些現(xiàn)代技術(shù)以合理的方式充分滲透其中，為建筑業(yè)發(fā)展助力。

結(jié)束語

綜上所述，建筑物內(nèi)部阻尼大小對能量的消耗產(chǎn)生直接的影響，隔震減震技術(shù)要充分利用這一特點(diǎn)，通過增強(qiáng)阻尼達(dá)到吸收地震能量的目的，從而加強(qiáng)主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低地震的危害。隔震減震技術(shù)在建筑工程中得到廣泛應(yīng)用，特別是在汶川地震后更加受到重視。在建筑隔震的設(shè)計中，與傳統(tǒng)設(shè)計有明顯區(qū)別。尤其是在高層建筑的工程設(shè)計中，隔震設(shè)計具有復(fù)雜的難度。因此，采用層間隔震的方法是一種可以提高建筑抗震性的有效途徑。盡管減震措施面臨某些限制，但減震技術(shù)不僅可用于新建結(jié)構(gòu)，還可以通過調(diào)整阻尼比來實(shí)現(xiàn)已建工程的減震效果。合理運(yùn)用減隔震技術(shù)，能降低成本且經(jīng)濟(jì)合理，有效提高建筑的抗震性能，減少地震時造成的損害。

參考文獻(xiàn)：

[1]李王坤.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計[J].山西建筑，2018，44（25）：53-54.

[2]都磊.淺析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中減震、隔震發(fā)展趨勢[J].建材與裝飾，2017（48）：136.

[3]朱建偉.探究建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的減震措施[J].山西建筑，2016，42（14）：33-34.

作者簡介：劉慶（1981.04－），男，漢族，山東平原人，本科，高級工程師，研究方向：建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計。