關于房屋建筑工程中防震減災技術及性能的研究

宿 廷

(內蒙古自治區住房和城鄉建設廳)

關于房屋建筑工程中防震減災技術及性能的研究

宿 廷

(內蒙古自治區住房和城鄉建設廳)

地震是人類無法抗拒的自然災害之一，對人們的生命和財產安全有著巨大的威脅。盡管高科技設備在地震預測中得到了廣泛應用，但是面對地球內部復雜的結構顯得“力不從心”，因此開展房屋建筑工程防震減災技術的研究工作意義重大。本文對我國房屋建筑工程結構防震減震技術的演變和發展過程做了簡單的闡述，并且有針對性的介紹了建筑工程結構的隔震體系和消能減震設計的原理及相關的技術要求。

房屋建筑 防震減震 應用技術

0.引言

20世紀工程防震技術的靜力理論首先是出現在日本，這種理論逐漸發展為減小剛度的結構體系，之后又形成柔性的結構體系，最后發展成為增加上部結構的剛度減小底層剛度的柔性底層結構體系，在接近20世紀末的時候形成現在世界各國普遍采用的延性結構體系抗震方法[1]。所謂的延性抗震方法是將設防烈度作為工程設計的基礎依據，把抗作為主要的途徑，通過適當的調節和控制建筑結構的剛度來增加建筑的延性，這種設計可以使建筑在遇到地震時呈現非彈性狀態，以此來消耗地震傳來的能量，這樣可以最大限度的避免建筑結構受到地震的破壞，即建筑受到了破壞也不會出現倒塌的情況。

1.房屋建筑工程結構的防震技術

1.1 房屋建筑的防震方法

我國現在城市建筑的防震方法有兩種：一是房屋建筑的結構抗震方法，這種方法包括底部剪力法、頻譜法、隨機振動法、時程分析法以及振型分解法。二是房屋建筑物的結構減震隔震方法。這種方法包括輥軸隔震、滾珠隔震、橡膠墊塊隔震、懸掛基礎隔震、搖擺支座隔震、滑動支座隔震、懸掛結構隔震、耗能減震、主動控制減震等[2]。

1.2 房屋建筑的彈性防震方法

目前在我國彈性建筑設計是一種最新的建筑防震方法，這種建筑的最大特點就是可以達到以柔克剛的效果，現在建筑行業中最常使用的就是將大樓建在隔離體上面進行防震，而隔離體是由阻尼器。分層橡膠以及硬鋼板組共同構成，這種結構安排可以是房屋建筑不和地面直接接觸，可以有效的避免建筑受到來自地面的強大沖擊力。這個結構中的阻尼器可以減緩建筑上下的顛簸，是由螺旋體鋼板組成的。而且有研究表明房屋建筑也可以建在滾珠和彈簧上面，這也是一中新的抗震設計理念，它和傳統的防震結構設計理念有相同點，都是通過將房屋建筑與地面隔離起來，這樣避免建筑受到地震產生的沖擊力，減少房屋建筑的振動進而實現防震效果。

2.房屋建筑工程結構的隔震技術

在實施房屋建筑的過程中為了保留建筑柔性底層結構體系的特征、避免底層結構中的元件受到破壞，要使用隔震結構體系，根據隔震裝置在建筑中所處的位置可以分為三類：地基隔震、基礎隔震以及層間隔震。

第一，地基隔震。絕緣和屏蔽都屬于地基隔震的范疇，絕緣隔震是利用有降低輸入加速度性質的軟土地基，但是這種方法要求建筑地基能夠支撐地面的房屋建筑，而且這種軟土地基的沉降量要在允許的范圍之內，然后在地基中降低輸入波。屏蔽隔震是采用在房屋建筑的周圍挖一條很深的溝壑，或者在建筑的四周埋下屏蔽板，這樣可以將隔斷長周期的剪切波。這兩種方法都是對建筑的地基進行改造來減少地震時的輸入波，但是考慮到建筑地基的關鍵性，在實際房屋建筑工程中很少用到這種方法。

第二，基礎隔震。這項隔震技術是目前房屋建筑行業使用最為廣泛的一種技術，而且該技術發展的也比較成熟，它的設計原理是在房屋建筑的底部放置控制機構，以此來實現阻止地震能量向建筑上部傳輸。基礎隔震的方法一共有三種，一是使用橡膠墊隔震裝置，包括高阻尼橡膠墊、天然橡膠墊、標準多層橡膠墊和加鉛多層橡膠墊等。二是滑移隔震。是在房屋建筑的地面放置滑移層，滑移層是由鋼摩擦滑板、涂層和砂料等，當發生地震的時候建筑通過滑移層形成的不接觸介面產生滑動位移，切斷了地震波的傳輸，以此限制了上部建筑的地震反應。三是滾珠隔震。這種結構原理是為高強度的鋼珠涂上一層潤滑層，然后把它放在建筑物和基礎的中間，當發生地震的時候滾珠產生滾動，減少了上層建筑結構的移動，有效的降低了地震給房屋建筑帶來的破壞。

在房屋建筑工程的實際建設中隔震裝置除了可以放在建筑的底部也可以根據建筑的需要在層與層之間放置隔震裝置，像這種結構的隔震裝置最初都是用來隔震的橡膠支座，但是隔震層放置的位置不同因此被稱為層間隔震結構。

3.房屋建筑工程結構的減震技術

我們知道工程結構的抗震設計必須遵從相關的規范，建筑抗震設計規范對工程應用中的安全性提出了具體的要求。

3.1 減震技術的設計原理

消能減震技術從字面上來理解就是用一種特殊的裝置來消耗地震帶給房屋建筑結構的能量，這種技術原理是在建筑的抗側向力結構中添加耗能裝置，用局部發生變形提供的阻力來消耗地震向上層建筑傳輸的能量，是建筑在遇到地震時不會受到較大的破壞，這種耗能減震裝置不會對建筑結構的形式有所影響，房屋建筑的抗震結構和普通房屋相比沒有沒有降低但是它的抗震安全性能卻得到了大幅度的提升。

3.2 減震技術的設計要求

如果房屋建筑是鋼筋混凝土結構類型的房屋并且需要減少地震時產生的水平位移，這時候就適合采用消能減震設計。減震的設計要基于當發生罕見地震時建筑產生的位移幅度來制定設計的準則、具體要求以及適當的消能元件，消能元件的選擇要能夠提供較大的附加阻力，切實在地震中起到一定的作用。現在的消能元件有很多種：橡膠墊隔震減震器、封閉型減震器、不銹鋼絲繩減震器以及空氣阻尼 減震器等[3]。

消能部件一般是由節點、墻體、消能器以及斜撐等支撐構件組成的一種連接，在設計的時候要符合鋼結構連接或者鋼筋混凝土構件連接的構造要求，而且節點要能夠承擔消能器帶來的強大作用力。

一般消能器可以采用速度相關型、位移相關型以及其他的類型。速度相關型的消能器包括粘滯消能器和粘彈性消能器；而位移相關型消能器包括金屬屈服消能器和摩擦消能器等。

如果有需要消能的元件可以分別設置在兩個主軸的方向上，消能元件安裝的嘴合適位置是在層與層之間發生變化較大的位置，裝置的數量和分布情況要通過綜合分析進行合理的布置，這樣才能有效的提高消能裝置在建筑中的消能作用，房屋結構里與消能元件相連的結構構件要能夠將消能部件傳遞的內力分散到建筑基礎上。

3.3 房屋建筑安全評估要求

現在房屋建筑工程結構的防震減震設計依然是以概念設計為主，在實際的應用中并不多，而這種防震減震的概念設計也是根據國外的地震災害經驗總結確定的，尤其是在對待建筑地基處理、選材方面以及抗震結構措施等都是按照烈度不同設計的，在我國的大部分城市建筑中防震結構都是以設防烈度為基礎依據，因此在房屋建筑的現場的安全性評估報告中應該具備明確的設防烈度評價的結論。

4.結束語

隨著科學技術的不斷發展，房屋建筑的防震減災技術理論體系會逐漸成熟，房屋建筑施設計人員應認真分析建筑結構，準確把握各項設計要求和原則，設計結構合理、抗震性能優越的現代建筑。本文的上述理念設計和抗震裝置介紹都是近些年來對國內建筑抗震相關標準的研究體會，希望能夠引起建筑行業和居民對防震設計的關注，以期為我國建筑行業在抗震結構設計方面起到一定的指導作用。

[1]陳明軍.混凝土建筑結構抗震的加固技術分析[J].金田，2012，24（8）：280

[2]賀云.建筑物受震破壞的原因分析及現有房屋的抗震加固措施[J].河北職業技術學院學報，2011，4（03）：41-43

[3]楊建江，林楊.某教學樓抗震加固及結構形式改造[J].建筑結構，2011，11（8）:153-156

G322

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1007-6344（2015）02-0334-01

宿廷（1989.9.15），畢業于內蒙古工業大學，碩士研究生，科員，工作單位：內蒙古自治區住房和城鄉建設廳。