建筑結構隔震與減震設計問題分析與措施探討

陸旭東

寧波市房屋建筑設計研究院有限公司 浙江 寧波 315000

房屋建筑與民眾利益的緊密關聯已經成為公認的事實。房屋作為人們日常生活的基本需要，不僅關乎個人的居住條件和生活質量，同時也關系到社會的整體發展和進步。隨著社會經濟的不斷發展，人們對房屋建筑的舒適性和美觀性的重視逐漸加強。房屋建筑的結構設計對于房屋的功能性、美觀性以及安全實用性具有決定性的影響。一種不合理的設計方案可能會導致房屋的使用效果不佳[1]，使用壽命縮短，甚至危及人們的生命安全。因此，建筑師需要在設計過程中兼顧多方面的考慮，確保房屋的整體質量和性能。基礎設計是建筑結構設計的重要內容。它是建筑物的基礎，承受著建筑物的重量和荷載，起著穩固房屋的作用。現代化建筑對于基礎設計的要求越來越高，需要考慮地質條件、土壤結構、荷載等多方面因素，才能確保基礎的牢固和穩定[2]。

1 相關概念分析

1.1 建筑結構抗震設計

地震是一種具有復雜性和不可預見性的自然災害。盡管科技進步了許多，但至今仍無法對地震進行精準預測。因此，在建筑工程中，抗震規劃顯得尤為重要。然而，建筑構造存在較大的差異性，環境也會對建筑工程產生影響，這導致不穩定因素存在于抗震規劃中。為了提升建筑結構的抗震水平，抗震規劃需要在預算得到嚴格管控的同時，借鑒先進的理論或經驗。抗震規劃的目的是確保建筑在地震發生時能夠保持穩定，從而保護人員和財產的安全。這需要從建筑結構的設計、材料的選擇、施工的過程等多個方面來考慮，確保建筑具備足夠的抗震能力。在抗震規劃中，需要考慮的因素非常多，如建筑的高度、形狀、地基的情況、地震波的影響等等。因此，抗震規劃需要專業的人員進行評估和設計，以確保建筑能夠在地震發生時承受住地震的沖擊[3]。

1.2 建筑結構抗震設計原則

多設置抗震防線，預留冗余，提升抗震能力是非常重要的。在建筑的設計和施工過程中，應該充分考慮到地震的可能性，并采取相應的措施來提高建筑的抗震能力。這包括采用抗震材料、增加結構的剛度和延性等。同時，預留冗余是指在建筑物的設計中，增加一些額外的強度和剛度，以便在地震時能夠吸收更多的能量，從而減少損傷和破壞。

對消耗地震震能的結構構件要具備良好的剛度和延性。在地震中，建筑的結構構件會受到巨大的力量，這時如果它們沒有足夠的剛度和延性，就會發生破壞。因此，在設計和施工過程中，應該充分考慮到這些因素，確保構件能夠承受住地震的力量。

處理構件強弱關系，保持彈性狀態，延長有效屈服時間也是非常重要的。在地震中，建筑物的構件會受到不同的力量，因此需要處理它們之間的強弱關系，確保整個建筑物的穩定性。同時，保持彈性狀態和延長有效屈服時間也能夠有效地減少地震造成的損壞。

遵守四強三弱原則，以承受橫向荷載的構件為主。四強三弱原則是指建筑物中的四個強點（承重墻、框架結構、剪力墻和桁架）和三個弱點（地板、墻面和屋頂），在設計和施工過程中應該特別關注。此外，對于承受橫向荷載的構件，也應該特別關注，以確保建筑物在地震中能夠保持穩定。

2 影響房屋建筑基礎設計的因素

2.1 上部結構

房建工程由地基和基礎上部的結構組成，它們必須形成一個牢固的整體，以確保工程的整體安全性。上部結構的存在依賴于地基提供的堅固基礎，而地基可能發生嚴重變形，對整個工程的穩定性構成威脅。

在進行地基設計時，需要綜合考慮上部結構自身的剛度和可能給地基帶來的變形風險。如果上部結構的剛度過大，可能會給地基施加過大的載荷，從而導致地基發生變形。因此，在設計地基時，需要根據上部結構的特點和可能產生的載荷進行合理的設計，以避免地基的變形。

首先，要了解上部結構的荷載特性，包括靜態和動態荷載。靜態荷載通常來自建筑物自重、使用荷載和環境荷載等。動態荷載則涉及到地震、風荷載等外部因素。通過詳細的結構分析和計算，可以確定上部結構在各種荷載情況下所承受的力和應力分布情況。其次，要考慮上部結構對地基產生的變形影響。不同的結構形式和材料具有不同的剛度和變形特性。如果上部結構剛度過大，可能會導致地基產生較大的沉降或傾斜。因此，在設計地基時，需要進行合理的彈性變形計算，并采取適當的措施來限制地基的變形。這可能包括增加地基的面積、選擇適當的地基類型（如擴大基礎、樁基等）以及采用補償性沉降措施。同時，還應考慮地基的地質條件和水文條件。地質條件包括土層的類型、厚度、穩定性等，而水文條件則涉及到地下水位、土壤飽和度等因素。這些因素會直接影響地基的穩定性和變形特性，因此在地基設計中需要充分考慮并采取相應的對策。最后，地基工程施工過程中的質量控制也十分重要。地基的施工質量直接影響到整個工程的安全性和穩定性。因此，在施工過程中需要進行嚴格的監控和檢測，確保地基的實際情況符合設計要求，并及時采取糾正措施[4]。

2.2 地質條件

地基設計需要考慮土剪力，以避免地基變形。土剪力是土壤受外力作用后發生的變形，是影響地基基礎質量的重要因素。因此，在地基設計時，需要根據土壤類型、土層厚度和地下水位等因素來確定合適的地基類型和深度，以保證工程的穩定性和安全性。在工程選址時，應該嚴防滑坡，避免軟弱地層造成滑坡。滑坡是地質災害中的一種，是因為地層不穩定、坡度過大或水土流失等原因導致土地滑動。因此，在選址時需要進行嚴謹的評估，避免選址在滑坡區域，或者采取相應的防治措施。

2.3 施工環境

在房建工程中，天然地基是一種常見的基礎形式。然而，利用天然地基進行房建工程可能存在一些問題。首先，天然地基的沉降性能和承載能力可能與設計標準存在差異，這可能會對房屋的穩定性和安全性產生影響。為了改善地基性能，樁基礎施工是一種常見的方法。然而，樁基礎施工過程可能會干擾周邊環境[5-7]。例如，樁基礎作業期間可能會產生擠土、振動和噪音等擾動，這些擾動可能會對周邊居民和建筑物造成影響。如果這些擾動造成嚴重影響，可能會導致經濟損失。因此，在樁基礎作業期間，需要嚴格控制可能對周邊環境造成不利影響的施工行為，確保地基基礎和施工環境的安全。

3 建筑結構主要隔震措施

3.1 層間隔震

層間隔震是一種在建筑結構中設置耗能減震設施，以減弱并吸取地震波能量的技術措施。它的主要作用是強化和幕布基礎隔震的不足，使其成為建筑隔震舉措中不可或缺的步驟。層間隔震通常位于建筑結構較上的部分，但是其位置的變化并不會影響其對于減震的功效。由于地震波在建筑結構中傳播時會產生巨大的能量，如果沒有采取相應的減震措施，建筑物很容易發生嚴重的損壞和崩塌。層間隔震技術通過在建筑結構中設置耗能減震設施，可以有效地減弱地震波的影響，保護建筑物的安全性和穩定性[8]。在日本，由于地震頻繁，層間隔震技術得到了廣泛的應用。不僅在新建房屋中，老房加固也可以采用這種技術，經濟效益顯著。層間隔震技術的應用，為建筑結構的抗震能力提供了可靠的保障，為人們的生命財產安全提供了重要的保護。

3.2 懸掛隔震

隔震技術在建筑工程中是非常重要的一項技術，它可以有效地減少地震帶來的破壞和損失。其中比較常見的一種隔震技術就是懸掛隔震。懸掛隔震是指將建筑結構整體懸吊起來，防止地震波傳遞至建筑結構內部。這種技術可以有效地降低地震對建筑結構的影響，從而保障建筑的安全性。在懸掛隔震技術中，巨型鋼架框懸掛體系是最為著名的一種隔震設備。這種設備主要包含框架和子結構兩個部分，它們互相獨立，可以達到互相分離的力學效果。這種設備的好處是可以有效地減少地震對建筑的影響，使建筑在地震中更加安全。除了巨型鋼架框懸掛體系，懸掛隔震技術還常常用于橋梁建設和火電廠鍋爐架等[9]。這些建筑物在地震中容易受到影響，而采用懸掛隔震技術可以有效地減少地震對它們的影響，從而保障它們的安全性。

3.3 加固減震

隨著城市化進程的不斷加快，傳統建筑的施工方法逐漸被現代化的建筑設計所取代。然而，傳統建筑施工忽視抗震結構設計的現象卻依然存在。在地震頻發的區域，這種現象更加令人擔憂。因此，現代化建筑設計必須強化舊房減震功能，以確保人們的生命和財產安全。為了加固建筑結構，添加阻尼、消震設備等措施是最廣泛使用的方法。這些設備可以有效地減少地震帶來的損害。然而，這些措施成本較高，難以在所有建筑上都實施。因此，科學家們不斷尋找更加經濟實用的加固技術。近年來，植筋技術引起了人們的廣泛關注。這種技術可以包裹混凝土至鋼筋外部，使其更優質地承受力。植筋技術手段多樣化，可以根據建筑物實際情況挑選不同種類的植筋。這種技術相較于傳統加固手段具有顯著優勢，在地震帶得到廣泛運用。

3.4 地基隔震

地震是一種自然災害，對建筑物造成的破壞是不可避免的。然而，通過科學的設計和材料選擇，可以減輕地震波對建筑物的破壞。其中，基礎是關鍵的結構之一。基礎位于建筑物與地震能量之間的夾層中，與地面直接接觸。在地震發生時，基礎的作用是將能量轉移至地下，減少地震波對建筑物的影響。近年來，隨著科技的發展，設計人員開始注重基礎材料的選擇。地基成為減輕地震波對建筑物破壞的關鍵結構[10]。隔震材料的使用可以降低工程成本，提高建筑物和地基在地震發生時的滑動效率，達到減震的目的。然而，高頻振動會對墊層材料造成磨損，使墊層中的砂粒不斷排出，增強地面與建筑物之間的摩擦，導致接觸區出現裂縫。為了解決這個問題，現在常用的墊層材料是層壓橡膠，大大提高了建筑的減震能力。疊層橡膠中加入局部鋼板，有效地將鋼板和橡膠結合在一起，成為優秀的減震設備。鋼板的作用是抑制相鄰的橡膠墊，而橡膠墊的彈性特性有助于它們在內部發生顯著變形的同時保持強大的穩定性。

3.5 基礎隔震

基礎隔震技術是一種高質量的隔離裝置，可以有效地降低地震波對建筑上部結構的不利影響，并提高整個建筑的抗震效率。這種技術的核心是基礎隔震體系，包括上部結構、隔震裝置和下部結構三個環節。通過利用結構的長周期性，基礎隔震技術可以通過建筑物底部的集體位移來降低上部結構位移的強度，并將地震波的強度傳遞到地面或被吸收，從而確保上部結構的穩定性。基礎隔震技術的研究成果最初來自于東京帝國酒店的軟土地基，但并不是所有軟土地基都能達到相同的效率。目前，地基隔震技術已經發展出多種材料來取代軟粘土層。這些新材料包括橡膠、鋼板和混凝土等，可以在提高建筑物抗震性能的同時，降低耗費的成本和時間。盡管基礎隔震技術在抗震領域擁有重要的地位，但它的經濟效益相對較低，在我國的實際建筑設計中應用也相對較低。然而，技術人員和學者正在逐步增加對基本隔離系統的探索，努力在保持其可靠性的同時提高其經濟效率，從而有效地促進了中國經濟利益的積極發展。基礎隔震技術是一種重要的抗震技術，可以有效地降低地震波對建筑物的不利影響，并提高整個建筑的抗震效率。雖然它的經濟效益相對較低，但技術人員和學者正在不斷努力，以提高其經濟效率和實用性，在中國的實際建筑設計中發揮更加重要的作用。

4 結束語

隔震減震措施對建筑物的穩定性和安全性有著直接的影響，尤其是在地震頻繁的地區，建筑的抗震性能更是需要得到充分的保障。因此，建筑結構設計人員需要充分了解建筑設計的具體情況，通過扎實的理論基礎和豐富的設計經驗，科學選擇隔震措施以及減震措施，最大程度地保證建筑結構體系的安全穩定。為了確保設計的有效性和落實各項設計標準和依據，設計人員需要嚴格按照法律法規，結合建筑設計實踐對其基礎結構、主體結構進行優化。同時，科學控制隔震結構材料，保障建筑結構體系的穩定性。只有這樣，才能達到最佳的抗震減震性能，提高建筑物在地震來臨時的抵御能力。隔震減震措施在建筑質量方面起著至關重要的作用。因此，在建筑設計中，設計人員需要對各種隔震減震措施有著充分的了解和認識，以選擇最適合的措施來確保建筑物的穩定性和安全性。同時，設計人員需要充分考慮建筑物所處的地理位置、建筑物的用途、設計風格等因素，以確保隔震減震措施的有效性。