隔震控制技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

張 楠

陜西財經(jīng)職業(yè)技術(shù)學院 陜西 咸陽 712000

隔震控制技術(shù)主要是指在建筑物的基礎(chǔ)和上層建筑的結(jié)構(gòu)底部增設(shè)彈性隔震層，當?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生的時候，可以有效的降低損壞程度。《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中增設(shè)了隔震、降低能耗等內(nèi)容，明確了隔震控制技術(shù)的應(yīng)用價值。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，隔震控制技術(shù)可以通過在建筑結(jié)構(gòu)與地基之間設(shè)置隔震裝置，如橡膠隔震支座、鋼球隔震支座等，有效減小地震對建筑的影響。同時，其還能顯著減小地震對建筑的沖擊力，降低建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形，并降低建筑的噪聲和振動，提高建筑的舒適性。技術(shù)人員應(yīng)重視對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并將隔震控制技術(shù)靈活應(yīng)用其中，不斷總結(jié)完善，進而實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化。

1 隔震控制技術(shù)概述

1.1 概念

隔震控制技術(shù)是一種工程技術(shù)，通過在建筑物基礎(chǔ)設(shè)施中使用特定的隔震裝置或結(jié)構(gòu)設(shè)計，來減少地震或其他振動引起的震動和損害。這種技術(shù)的目標是保障建筑物和人員的安全，減少地震或振動對結(jié)構(gòu)物造成的破壞和損失。隔震控制技術(shù)的基本原理是將建筑物或設(shè)施與地面或周圍環(huán)境分離，通過隔震裝置或結(jié)構(gòu)承載和吸收地震或振動能量，以降低震動傳遞到建筑物或設(shè)施的程度。一些常用的隔震裝置包括彈簧、油減振器、橡膠隔震墊等，它們可以減輕地震造成的震動傳遞，并減少結(jié)構(gòu)物的振幅和加速度。隔震控制技術(shù)的應(yīng)用范圍廣泛，包括高層建筑、橋梁、核電站、地鐵、機場、大型工廠等。通過使用隔震裝置或結(jié)構(gòu)設(shè)計，在地震或其他振動發(fā)生時，建筑物或設(shè)施可以實現(xiàn)相對穩(wěn)定的運動，從而降低了震動對結(jié)構(gòu)造成的破壞，提高了安全性和可靠性[1]。

1.2 特點

隔震控制技術(shù)的特點包括：

1.減震效果顯著：隔震控制技術(shù)采用一系列的減震措施，如隔震支座、隔震橡膠、減震器等，可以有效減小建筑結(jié)構(gòu)受到的地震或振動能量，顯著降低建筑物的震動響應(yīng)。

2.靈活可調(diào)節(jié)：隔震控制技術(shù)可以根據(jù)設(shè)計需求和實際情況對隔震系統(tǒng)進行調(diào)整和改變，以適應(yīng)不同場景和地震條件。可以根據(jù)建筑物的用途、重要性以及地震區(qū)域的特點進行合理設(shè)計和調(diào)整。

3.成本效益較高：雖然隔震控制技術(shù)的初始投資較高，但它可以大幅度減小建筑物或設(shè)備的損壞程度，降低修復(fù)和重建的成本。長期來看，隔震控制技術(shù)對于提高建筑物的抗震能力和減少人員傷亡具有較高的經(jīng)濟效益。

4.可與其他防震技術(shù)結(jié)合：隔震控制技術(shù)可以與其他的抗震技術(shù)相結(jié)合，如加固、抗震墻等，以進一步提高建筑物的抗震能力。通過綜合運用不同的防震措施，可以形成多層次的抗震體系，提供更高水平的地震防護。

5.確保設(shè)備安全和運行效能：隔震控制技術(shù)可以有效減小地震或振動對建筑物內(nèi)部設(shè)備的影響，保護關(guān)鍵設(shè)備的正常運行。尤其對于一些對振動敏感的設(shè)備、儀器或?qū)嶒炇业忍厥鈭鏊哂兄匾饬x[2]。

2 隔震控制技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用分析

2.1 建筑隔震體系的組成

建筑隔震體系通常包括隔震器、阻尼器等。其中，隔震器是建筑隔震體系的核心部分，通常采用橡膠支座、摩擦擺隔震支座等。它們的作用是在地震發(fā)生時，通過增加建筑物的柔性，使得建筑物能夠隨著地震的震動而移動，從而減小地震對建筑物的破壞。阻尼器的作用是消耗地震能量，防止建筑物在震動過程中出現(xiàn)過度振動。阻尼器通常采用粘滯阻尼器、粘彈性阻尼器等。抗拉裝置和抗風裝置主要用于增強建筑物的抗拉和抗風能力，保證在地震和風災(zāi)發(fā)生時，建筑物不會被拉倒或吹倒。柔性連接模塊用于連接建筑物的各種構(gòu)件，使它們能夠協(xié)同工作，共同承受地震力和風力。柔性連接模塊通常采用高強度的橡膠或彈性材料制成。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是建筑物的主要承重結(jié)構(gòu)，它的作用是承受建筑物的重量和地震力，并將這些力量傳遞到隔震器和地基上[3]。以上各部分共同組成了建筑隔震體系，通過它們的協(xié)同作用，可以有效地減小地震對建筑物的破壞。

2.2 隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法

首先，在進行隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計時，技術(shù)人員應(yīng)遵循一些基本的設(shè)計原則，如確保隔震結(jié)構(gòu)具有一定的剛度，以抵抗風荷載和地震等外力作用；同時，隔震結(jié)構(gòu)應(yīng)具備適當?shù)淖枘幔晕盏卣饡r的振動能量，降低建筑物的動態(tài)響應(yīng)。根據(jù)建筑功能、場地條件、經(jīng)濟性等因素選擇適合的隔震方案。對于高烈度區(qū)，采用隔震技術(shù)經(jīng)濟性十分明顯，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計方案比較合理，一般能節(jié)約3%到20%。其次，技術(shù)人員應(yīng)選擇合適的隔震器，常見的隔震器有橡膠支座、摩擦擺隔震支座等。根據(jù)建筑物的特點和地震反應(yīng)譜，選擇適合的隔震器類型和參數(shù)。為了增強建筑物的抗拉和抗風能力，技術(shù)人員需要在隔震結(jié)構(gòu)中設(shè)置抗拉裝置和抗風裝置。根據(jù)降低后的水平地震影響系數(shù)計算上部結(jié)構(gòu)設(shè)計，注意結(jié)構(gòu)的高寬比不宜過大，一般控制在3以內(nèi)比較好，不宜超過4。對高寬比大的結(jié)構(gòu)，需進行整體傾覆驗算，防止支座壓屈或出現(xiàn)拉應(yīng)力超過1MPa。再次，技術(shù)人員選擇具有足夠強度和韌性的柔性連接模塊，以確保在地震發(fā)生時，建筑物能夠隨著地震的震動而移動，從而減小地震對建筑物的破壞。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是建筑物的主要承重結(jié)構(gòu)，它的設(shè)計需要考慮建筑物的重量、地震力以及隔震器的反力等因素。在設(shè)計過程中，應(yīng)充分考慮隔震結(jié)構(gòu)的特點，以確保在地震發(fā)生時，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能夠有效地承受力和傳遞力。為了確保其抗震性能，技術(shù)人員需要對下部結(jié)構(gòu)進行抗震測試，并根據(jù)罕見地震的測試結(jié)果，對其抗震承載力進行評估。

2.3 隔震結(jié)構(gòu)的計算分析

依據(jù)抗震規(guī)范的具體要求，我們可以構(gòu)建兩種計算模型：隔震模型、非隔震模型，并且選擇相關(guān)數(shù)值的地震波，將地震影響系數(shù)的最大值、峰值加速度等作為設(shè)防地震的輸入，選擇在統(tǒng)計意義上符合要求的一樣的地震波，采用時程分析方法，分別計算出每一層的剪力包絡(luò)值。在高層建筑中，每一層間剪切力最大值為隔震層與非隔震層間剪切力值比。在隔震處理后，水平地震的影響系數(shù)可以達到，其中表示沒有經(jīng)過隔震處理的地震影響程度，表示經(jīng)過調(diào)整之后的影響程度，通常值為0.80。減少可以有效降低設(shè)防的地震烈度，所以可以采用多遇地震振型分解反應(yīng)譜法，這樣能夠合理的模擬普通抗震結(jié)構(gòu)，進而獲得更好的抗震性能[4]。通過一系列的處理之后，地震的烈度和加速度可以通過減震系數(shù)0.40進行精確的界定，而隔震結(jié)構(gòu)的抗震等級則可以通過降低烈度來確定，最低的地震烈度要求不得低于6度[5]。施工人員根據(jù)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行施工圖設(shè)計，確保隔震結(jié)構(gòu)的合理性和安全性。

3 案例分析

3.1 工程概況

某項目1棟包括地上4層，長45.3m，寬11.2m，總高度18.5m，建筑面積約2050m2；2棟包括地上5層、地下1層，長45.3m，寬18.6m，總高度22.4m，建筑面積約5060m2。

3.2 隔震支座的參數(shù)

首先，技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合工程實際情況，采用基礎(chǔ)隔震控制基礎(chǔ)，選擇對應(yīng)的隔震支座。水平方向上減震系數(shù)為0.39，抗震構(gòu)造設(shè)計可比規(guī)范低1度進行設(shè)計，水平地震影響系數(shù)按照0.08計算。規(guī)范要求，隔震橡膠支座的第一形狀系數(shù)不低于15，第二形狀系數(shù)不低于5，橡膠的硬度不低于40，12MPa下的位移量小于20.3cm（罕遇地震下的最大位移量）。在耐久性試驗中，隔震支座的剛度、阻尼變化量應(yīng)小于基準值的20%，徐變量小于支座內(nèi)部橡膠總厚度的5%。最終，本工程選用的橡膠隔震支座包括 LRB500、LNR600、LRB600、LRB700、LNR700五種規(guī)格，其力學性能參數(shù)見表1。

表1 主要力學性能參數(shù)

3.3 隔震支座的安裝

首先，技術(shù)人員需依據(jù)相關(guān)要求規(guī)范，明確設(shè)計方案，在隔震支座下部的框架柱上綁扎鋼筋，在建筑結(jié)構(gòu)上預(yù)埋螺栓，檢查定位模板的水平度。其次，技術(shù)人員對隔震支座進行調(diào)整，依據(jù)表2的要求，確保偏差不要超出規(guī)定。技術(shù)人員對實際情況進行檢驗，合格之后方可使用細石混凝土澆筑，同時要避免螺栓套筒發(fā)生位移。

表2 安裝精度控制要求

澆筑之后，技術(shù)人員應(yīng)明確混凝土強度是否達到了預(yù)設(shè)值的85%，而后才能進一步操作安裝隔震支座，用連接螺栓進行固定。如果在操作的過程中，綁扎鋼筋與預(yù)埋螺栓的位置重合，則相關(guān)人員應(yīng)及時上報，要求管理部門協(xié)商處理。技術(shù)人員應(yīng)當注意，位于隔震層上方的框架柱和梁體在澆筑的時候，需要在隔震支座周圍設(shè)置臨時性的橫向支撐，防止水平位移。

當隔震支座安裝完成之后，技術(shù)人員需要對預(yù)埋件的外露部分進行防腐處理，涂刷富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+聚乙烯面漆，漆膜的總厚度應(yīng)超出0.15mm。隔震層上部結(jié)構(gòu)與水平方向固定物之間的防震縫，其寬度不低于1.2mm；罕遇地震作用下支座的最大位移，與豎直方向固定物的隔離寬度應(yīng)不低于20mm。在具體的施工過程中，施工人員還需觀察隔震支座的位移量，并借助薄膜覆蓋保護支座，檢查上部結(jié)構(gòu)與周圍固定物的脫開距離，避免影響隔震效果。

3.4 隔震支座的維護

為了確保隔震支座的正常工作和延長其使用壽命，需要定期進行維護和檢查。技術(shù)人員需要定期檢查錨栓是否松動或缺失，如有問題應(yīng)及時修復(fù)或更換；檢查支座是否有明顯的變形或損壞，如發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時進行維修或更換；檢查橡膠支座是否老化、龜裂或破損，如有問題應(yīng)及時更換[6]。同時，技術(shù)人員還需要定期清理支座周圍的灰塵和雜物，以確保支座正常工作。檢查支座與結(jié)構(gòu)之間的連接是否牢固，如有松動應(yīng)及時加固；檢查填充物是否緊密，如發(fā)現(xiàn)有空隙應(yīng)及時填充；檢查支座是否生銹，如發(fā)現(xiàn)生銹應(yīng)及時進行除銹處理。每次檢查后，技術(shù)人員完整真實的記錄檢查結(jié)果和維修情況，以便日后分析追溯[7]。

4 結(jié)語

建筑工程技術(shù)不斷發(fā)展，使得各類技術(shù)被優(yōu)化應(yīng)用。隔震控制技術(shù)作為不可忽視的一項，其能有效降低地震給建筑物造成的損害。技術(shù)人員應(yīng)正確認識該項技術(shù)，發(fā)揮其應(yīng)用優(yōu)勢，將其合理融入建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，確保其作用最大化發(fā)揮，保障建筑物安全穩(wěn)定。需要注意的是，隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計需要遵循《抗規(guī)》和《隔標》等規(guī)范標準，確保設(shè)計的安全性和可靠性。同時，在進行隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要考慮建筑的使用功能和場地條件等因素，綜合分析利弊，選擇最優(yōu)的方案。