建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與隔震技術(shù)應用研究

徐靜和　楊博賀

【摘要】建筑設(shè)計遵循“人本為主”、“可持續(xù)”的理念，而房屋建筑作為設(shè)計的對象，是人類棲息的場所和進行各種活動的物質(zhì)條件，安全是第一位的。到目前為止國內(nèi)外已建成的隔震建筑有許多經(jīng)歷了大地震的考驗，均表現(xiàn)出了良好的抗震性能，隔震技術(shù)也因此被認為是最有效的抗震手段之一。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；隔震技術(shù)；技術(shù)應用

地震是一種不可抗力，屬于自然世界中難預測、難預防與難控制的破壞性活動。地震防御技術(shù)與防震減震技術(shù)的發(fā)展受到動力學與經(jīng)濟成本的雙重制約與相互促進。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的抗震措施決定著建筑結(jié)構(gòu)的可靠性與安全性。設(shè)計人員均依據(jù)小震不塌、大震可修這一原則開展設(shè)計工作，并采用了很多的方法抗震。

1、建筑結(jié)構(gòu)隔震介紹

建筑物內(nèi)部的阻尼大小有利于地震能量消耗。而減震措施恰好利用這一點，借助建筑阻尼增加吸取地震能量，以此來維護主體結(jié)構(gòu)，降低震害。隔震技術(shù)被廣泛應用到高層建筑中，特別是汶川地震后涌現(xiàn)出較多的隔震建筑。因隔震設(shè)計選取的材料和以往設(shè)計存在差異，和傳統(tǒng)抗震設(shè)計對比，當前的隔震設(shè)計，特別是高層隔震設(shè)計具有一定難度。隔震措施存在時間限制，不僅能應用到新建結(jié)構(gòu)，而且在建筑物建成后可通過阻尼增加來實現(xiàn)減震。從適用部位層面而言，減震措施較為廣泛，無論是上部結(jié)構(gòu)，還是隔震夾層均適用。而消能減震技術(shù)利用消能減震裝置配設(shè)來提高結(jié)構(gòu)阻尼比，進而防控結(jié)構(gòu)變形問題，借助附加裝置來吸取地震能量，實現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)的全面防護，讓主體結(jié)構(gòu)遭受地震災害時不會出現(xiàn)嚴重破壞。依照數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，消能減震結(jié)構(gòu)能夠顯著增強抗震性能。另外，抗震構(gòu)造還能夠依據(jù)未采用消能減震之前的結(jié)構(gòu)來降低。

2、隔震技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用分析

2.1建筑物地基采用特殊材料隔震

因建筑物不同選取的地基材料存在差異，這主要因為地震波反應的作用?？山柚厥獠牧厦嫦蚪ㄖ锏鼗鶎嵤┨幚聿僮?，進而削弱地震波，以此來讓減小震感。在以往的建筑物中，一般通過粘土與砂子完成基礎(chǔ)部分墊層，再有人借助糯米墊層探索抗震，多年的發(fā)明探索和試驗表明原料是瀝青的這種新型材料開展隔震層設(shè)置對應的效果十分顯著。

2.2建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震設(shè)計

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)一般安裝在樓層上部結(jié)構(gòu)水平面寬度較小而樓層之間剛度較大、樓層高度在三十層以下的樓房建筑中。假如該樓房上部結(jié)構(gòu)水平面寬度較大而不同樓層之間剛度又很小、樓層數(shù)量又較大，這時候的樓房上部結(jié)構(gòu)就是多質(zhì)點的隔震結(jié)構(gòu)體系，需要采取相應的多質(zhì)點隔震模型，而且另外還要想辦法防止隔震結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)和發(fā)生傾覆等意外情況。

對于位于強地震帶和高烈度地區(qū)的高層建筑要采用橡膠材料的隔震結(jié)構(gòu)，因為橡膠隔震結(jié)構(gòu)中的隔震支座在沖擊波作用下會產(chǎn)生一定的拉應力或者發(fā)生輕微的非線性變形，從而保證高層建筑結(jié)構(gòu)的整體安全和穩(wěn)定。對于高層建筑結(jié)構(gòu)的組合隔震體系而言，如果隔震層上部結(jié)構(gòu)傾覆彎矩太大的話，發(fā)生的水平地震作用力就會使得隔震層轉(zhuǎn)動起來，加大隔震結(jié)構(gòu)在垂直方向的負載，那么該高層建筑隔震層就會發(fā)生較為突出的縱向變形。所以，在考慮高層建筑基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的動力體系時，一方面要考慮到隔震結(jié)構(gòu)的多質(zhì)點平動受力，最好是采用多質(zhì)點擺動加平動隔震計算模型，另一方面還要考慮到隔震結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動。

2.3建筑物層間隔震措施

層間隔震這種方法主要適用于舊房改建，在施工方面具有簡單、易操作的特點。與建筑物基礎(chǔ)部分設(shè)置隔震裝置的辦法相比，層間隔震的效果不是非常明顯，減震的效果可以達到1/10～3/10的范圍，因為層間隔震的作用無法參與到建筑物的整體結(jié)構(gòu)中，所以達到的隔震效果也較其他方法差一些。這種方法主要是依靠設(shè)置在建筑結(jié)構(gòu)各層間隔的減震裝置吸收或者削弱地震能量，從而減小地震對建筑物的危害，設(shè)置的裝置基本與基礎(chǔ)隔震的相同，二者的區(qū)別主要在于該方法應用于舊房的改建施工中，而上述方法主要應用于新建筑的施工中。

2.4懸掛隔震

懸掛隔震是將建筑物的大部分或者整個結(jié)構(gòu)懸掛起來，也就是通常所說的懸掛結(jié)構(gòu)，這樣，當?shù)卣饋砼R時，地震的能量不會傳遞給懸掛起來的結(jié)構(gòu)，從而達到減小地震損害的目的。這種隔震方式最常見于大型鋼結(jié)構(gòu)，大型鋼結(jié)構(gòu)總是采用鋼結(jié)構(gòu)懸掛體系，以此隔震。這種結(jié)構(gòu)對于設(shè)計師的設(shè)計要求比較高，因為要將結(jié)構(gòu)的主體框架和子框架的結(jié)合做到完美的結(jié)合，才能保證在地震來臨時，子結(jié)構(gòu)不受干擾。因為它的作用原理是，當?shù)卣饋砼R時，主框架會隨著地殼運動發(fā)生搖擺，但是子框架和主框架之間是能夠活動的索鏈和吊桿，地震的能量到達這個部位的時候就會削弱，不至于傳遞到子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生慣性力，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是防震效果好，可以有效的阻斷地震力對于建筑物的傷害，但是缺點是工程造價高，一般的住宅建筑不宜使用，因為大量的鋼結(jié)構(gòu)會大大增加建筑的成本。

2.5新型隔震支座的研發(fā)

近年來，有學者提出對三維隔震的概念，即采用厚橡膠隔震支座，在保持橡膠總厚度不變的情況下，降低隔震支座的軸向剛度以達到減少垂直方向地震作用的目的。因此，三維隔震支座可應用于同時有效隔離鐵路交通引起的振動、環(huán)境振動和地震震動的情況。對于三維隔震支座我國目前已有生產(chǎn)，今后將會逐步推廣。

2.6隔展支座的計算機模擬

依據(jù)有關(guān)規(guī)定，對工程所應用的隔震支座須進行材料和結(jié)構(gòu)性能方面的測試，但隨著新建隔震建筑數(shù)量的增多，規(guī)模的擴大，如果對全部隔震支座都進行材料和結(jié)構(gòu)性能試驗檢驗，然后包裝運至施工現(xiàn)場進行安裝工作，這樣很容易因試驗時間的延遲造成工程工期的拉長。因此，希望能夠建構(gòu)合適的計算機模擬測試方法?；诜蔷€性有限元分析，研究隔震材料特性對隔震支座性能的影響，建立能模擬隔震支座實際性能試驗檢驗的計算機分析程序。

結(jié)語：

工程設(shè)計人員需重視隔震減震問題，做好隔震減震設(shè)計工作，選用適宜的隔震裝置，所用消能構(gòu)件自身的參數(shù)應通過特定試驗來明確，并將隔震與消震裝置需配備在便于檢查和易替換部位。另外設(shè)計人員需清晰標注隔震減震裝置的基本要求，依照規(guī)范落實安裝與檢測等工作，讓裝置與每一項性能均滿足標準。