探究建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的減震措施

朱 建 偉

(榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 榆林　719000)

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探究建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的減震措施

朱 建 偉

(榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 榆林719000)

摘要：探討了建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的具體方法，對(duì)不同類型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工中最常見(jiàn)的減震技術(shù)進(jìn)行了介紹，并分析了各種抗震措施的適用范圍，以有效提高建筑結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計(jì)水平，保證建筑結(jié)構(gòu)的牢固性。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)，隔震措施，減震技術(shù)，抗震加固

0引言

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，考慮到地震對(duì)建筑物的破壞，采取有效的措施來(lái)減少這種破壞成為抗震設(shè)計(jì)的目標(biāo)。地震發(fā)生時(shí)，建筑的安全與穩(wěn)定至關(guān)重要，建筑設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)建筑物時(shí)，可以使用隔震設(shè)計(jì)原理來(lái)進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)，隔震設(shè)計(jì)中考慮的因素很多，針對(duì)不同的因素，會(huì)有相應(yīng)的具體設(shè)計(jì)方法及隔震措施，本文都進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，希望對(duì)施工起到一定的指導(dǎo)作用。

1建筑結(jié)構(gòu)的主要隔震措施

隔震設(shè)計(jì)一般使用的方法:一種是地基鋪密實(shí)土隔震，叫地基隔震。一種是地基與基礎(chǔ)之間用隔震橡膠墊連接做隔震處理，叫基礎(chǔ)隔震。還可以采用上部樓層安裝隔震裝置形成隔震層的層間隔震，來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑的隔震作用。由于每個(gè)地區(qū)地震烈度不同，建筑場(chǎng)地地質(zhì)構(gòu)造也有其特殊性，建筑結(jié)構(gòu)類型也不盡相同，所以到底采用哪種方式隔震，跟工程的實(shí)際情況有關(guān)。

1.1建筑地基采用經(jīng)過(guò)特殊處理的材料隔震

地基隔震的做法：一種是在地基上鋪砂墊層來(lái)隔震，還可以

中國(guó)的深圳平安國(guó)際金融中心項(xiàng)目(塔樓118層，高660 m；裙樓11層，高55 m；地下室5層，29.8 m)即采用了此類型的結(jié)構(gòu)體系，該結(jié)構(gòu)體系在周邊巨型柱間布置2根鋼柱，在建筑物中設(shè)置4道伸臂桁架和7道帶狀桁架，為了使巨型框架承擔(dān)一定的剪力，在帶狀桁架間設(shè)置型鋼巨型斜撐，形成了多道抗震防線。

2)巨型桁架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由大截面的豎桿和斜桿組成的懸臂桁架承受水平和豎向荷載。巨型桁架結(jié)構(gòu)也可與其他常規(guī)結(jié)構(gòu)體系組合成許多性能優(yōu)的巨型結(jié)構(gòu)體系，例如芝加哥約翰—漢考克大廈(344 m，100層)是最早采用巨型桁架筒體結(jié)構(gòu)，中國(guó)香港的中銀大廈(72層，315 m)其上部結(jié)構(gòu)為4個(gè)巨型三角形桁架。

3)巨型懸掛結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是采用吊桿將高樓各層樓蓋分段懸掛在巨型主結(jié)構(gòu)上。例如中國(guó)香港匯豐銀行大廈，其樓層從桁架上開(kāi)始懸掛，分三段懸掛體系，每段上升至不同高度，交錯(cuò)的樓層豐富了建筑立面。

4)巨型分離式結(jié)構(gòu)。例如日本動(dòng)力智能大廈(高800 m，地上200層，地下7層)采用此結(jié)構(gòu)形式，大廈由直徑為50 m、高200 m的框筒柱形成的共計(jì)12個(gè)巨型單元體組成，結(jié)構(gòu)中1層～100層設(shè)4個(gè)柱，101層～150層設(shè)3個(gè)柱，151層～200層設(shè)1個(gè)柱，每50層設(shè)置一道巨型梁。

2.3混合結(jié)構(gòu)體系

鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)體系早在1972年被應(yīng)用于國(guó)外，此種結(jié)構(gòu)自重輕、延性好、抗震性能較強(qiáng)，與純鋼結(jié)構(gòu)比耐火性能、總價(jià)等方面有較明顯的優(yōu)勢(shì)，因此目前被廣泛應(yīng)用于超高層建筑中。例如上海金茂大廈其主樓的上部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土核心筒與鋼結(jié)構(gòu)外框架結(jié)合的混合結(jié)構(gòu)體系，該結(jié)構(gòu)體系通過(guò)剛性大梁形成一個(gè)整體的抗側(cè)力體系，可提供較大的使用空間?；旌辖Y(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用不拘一格，實(shí)際工程中還有其他形式混合結(jié)構(gòu)，例如型鋼混凝土外筒+鋼筋混凝土內(nèi)筒、型鋼混凝土框架+鋼筋混凝土內(nèi)筒、鋼筋混凝土筒體+懸掛混合結(jié)構(gòu)體系等。

3結(jié)語(yǔ)

隨著超高層建筑的幾何形式的多樣化及高度增高，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全和使用功能提出了更高的要求，因此研究發(fā)展更合理的結(jié)構(gòu)體系將成為超高層建筑發(fā)展的關(guān)鍵。

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采用一層軟粘土一層砂土,中間加入一層土工布,使地震波在地基中被多次反射吸收達(dá)到衰減的效果，從而在地震時(shí)減少對(duì)建筑物破壞。近些年來(lái)研究出一種替代粘土砂墊層的改性瀝青阻尼隔震墊鋪設(shè)在地基中，減震效果提高很多，有效地降低地震對(duì)建筑物的損害，有良好的隔震效果。

1.2建筑基礎(chǔ)設(shè)置隔震

減震裝置安裝在基礎(chǔ)頂部與上部結(jié)構(gòu)之間，形成一個(gè)隔震層。利用隔震層產(chǎn)生的較大位移消耗地震作用和能量,從而減小上部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位移，采用基礎(chǔ)隔震的方法可以有效降低地震傳輸給上部結(jié)構(gòu)能量的1/3左右，在高層建筑基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)中，隨著建筑使用時(shí)間的增加，普通的減震裝置，效果阻尼不能充分的發(fā)揮效能。所以一般情況下使用幾種摩擦型或粘彈型絕緣橡膠墊，搭配起來(lái)共同設(shè)置隔震層，隔震效果較好。

1.3建筑層間隔震措施

該方法是在建筑的某些層設(shè)置隔震裝置，分離的隔震層更適合應(yīng)用在修復(fù)危房建筑，具有操作簡(jiǎn)單、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。跟其他隔震方法比較，隔震效果明顯，可以使地震對(duì)建筑產(chǎn)生的能量削弱10%～30%?？梢詥为?dú)設(shè)置裝有減震裝置的隔震層，也可以每間隔一層設(shè)置減震裝置，設(shè)置靈活但盡量均勻?qū)ΨQ布置。

1.4建筑結(jié)構(gòu)懸掛隔震

懸掛隔震可以應(yīng)用在大多數(shù)高層建筑結(jié)構(gòu)中，地震發(fā)生的時(shí)候，地震產(chǎn)生的地震波會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生巨大的能量，使構(gòu)件產(chǎn)生裂縫或發(fā)生變形，主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)移，而懸掛結(jié)構(gòu)在慣性力的作用下將在相反的方向發(fā)生側(cè)移，給主體結(jié)構(gòu)一個(gè)反方向的作用，抵消部分地震對(duì)主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的能量，從而減少地震對(duì)主體結(jié)構(gòu)造成的損失。懸掛部分子結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)在大型鋼結(jié)構(gòu)房屋中廣泛應(yīng)用。懸掛的子結(jié)構(gòu)用懸掛錘通過(guò)隔震橡膠墊與主結(jié)構(gòu)連接起來(lái)制作而成，懸掛達(dá)到與主結(jié)構(gòu)分離的目的。大型鋼結(jié)構(gòu)房屋一般可分為主結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)，在框架結(jié)構(gòu)下的可以通過(guò)吊桿懸掛，也可以使用子鏈懸掛或電纜懸掛在主框架上，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，主框架跟隨地殼運(yùn)動(dòng)將一起產(chǎn)生擺動(dòng)，但子框架與主框架具有可移動(dòng)吊車等，地震時(shí)起重機(jī)可以減少地震對(duì)建筑物造成的損失。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的減震技術(shù)

上述措施主要是基于結(jié)構(gòu)的臨界位置，采用特殊材料做成隔震墊鋪設(shè)設(shè)計(jì)，或安裝減震裝置，以減少地震對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采取耗能消能減震技術(shù)，使用疊層隔震橡膠墊組合成一種建筑能耗組件，增加建筑整體的耗能阻尼，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，可以減少地震對(duì)建筑物的損害，減震效果的顯著與許多元件的靈活搭配使用有關(guān)，通常使用的是不同阻尼器裝置或粘滯環(huán)兩種類型的減震元件。隨著減震技術(shù)的發(fā)展，減震技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

2.1新建建筑結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)

人們的抗震意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念需要更新，特別是減震設(shè)計(jì)，越來(lái)越受到人們的重視。所以設(shè)計(jì)時(shí)有必要考慮在地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)某些層設(shè)置隔震層的問(wèn)題，通過(guò)使用耗能或減震組件安裝在建筑物的具體部位上，達(dá)到減震的目的。

2.2已有建筑的抗震加固

在建筑物的適當(dāng)部位增設(shè)耗能減震裝置，如消能桿件或阻尼器以達(dá)到減震效果。在主結(jié)構(gòu)中增設(shè)消能耗能控制裝置，地震發(fā)生時(shí)能耗散地震所產(chǎn)生的能量，減少地震對(duì)主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞作用，適用于高層建筑，鋼結(jié)構(gòu)房屋，工業(yè)建筑廠房，消能耗能控制裝置用于上部結(jié)構(gòu)中非承載構(gòu)件，不影響原有建筑的布局，就可以達(dá)到減震的目的，應(yīng)用前景很廣闊。

3其他的抗震方法

有些抗震方法雖然在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中使用的少一些，但有時(shí)候結(jié)合工程實(shí)際，這些方法還是需要重點(diǎn)考慮的，使用這些方法對(duì)建筑物減震確實(shí)起到了很好的減震效果，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

3.1建筑物走向設(shè)計(jì)中抗震

地震是由地殼運(yùn)動(dòng)引起的，所以在建設(shè)場(chǎng)地的選址時(shí)要充分考慮地質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，從實(shí)際出發(fā)考慮地質(zhì)條件在發(fā)生地震時(shí)，會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響，進(jìn)行有效的分析，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，建筑的長(zhǎng)邊方向與地質(zhì)構(gòu)造斷裂帶盡量保持平行，以避免垂直的情況。從以往的經(jīng)驗(yàn)看，若保持垂直，建筑在地震時(shí)破裂率較高，相反，保持平行布置建筑物走向，地震時(shí)建筑物不容易倒塌。

3.2無(wú)粘結(jié)支撐體系減震

支撐桿件在高層建筑、鋼結(jié)構(gòu)建筑中應(yīng)用非常廣泛，把支撐桿件設(shè)計(jì)成耗能桿件就是無(wú)粘結(jié)支撐體系的由來(lái)，在內(nèi)核設(shè)計(jì)鋼支撐與外包構(gòu)件之間添加無(wú)粘結(jié)滑移層。在水平地震作用下，滑移層在內(nèi)外鋼構(gòu)件之間產(chǎn)生能耗，減弱地震對(duì)鋼構(gòu)件產(chǎn)生的破壞。有良好的抗震能力及耗能性能，達(dá)到一定的減震效果。

4結(jié)語(yǔ)

在接連發(fā)生大地震之后，目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，人們?cè)絹?lái)越重視建筑抗震問(wèn)題，建筑抗震設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全問(wèn)題，事關(guān)重大，必須引起高度的重視。而且建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)問(wèn)題，必須要充分考慮使用有效減震、隔震耗能措施，最大限度地減輕在地震發(fā)生時(shí)對(duì)建筑物的破壞，保證人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

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Exploration of seismic isolation in building structure design

Zhu Jianwei

(YulinVocationalandTechnicalCollege,Yulin719000,China)

Abstract: This paper discussed the specific scheme of building structure seismic design, introduced the common shock absorption technology in different types of design and construction, and analyzed the applicable scope of various seismic measures, to improve the isolation design level of building structure, ensured the robustness of construction structure.

Key words: building structure, isolation measure, shock absorption technology, seismic strengthening

Analysis on types of super-high-rise building structure system

Li Hui

(ZhengdePolytechnic,Nanjing210000,China)

Key words:super-high-rise building, structural system, tube structure, truss structure

Abstract:Combining with the development status of super-high-rise building, starting from three aspects of tube structure system, mega-structure system and composite structure system, the paper introduces common super-high-rise building types, and describes their own characteristics, which has provided some guidance for super-high-rise building structure selection.

文章編號(hào)：1009-6825(2016)14-0033-02

收稿日期：2016-03-01

作者簡(jiǎn)介：朱建偉(1986- )，男，助教

中圖分類號(hào)：TU352

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A