淺談建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)

李巖松

（太原理工大學(xué) 山西 太原 030024 太原王孝雄建筑設(shè)計(jì)院有限公司 山西 太原 030024）

淺談建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)

李巖松

（太原理工大學(xué) 山西 太原 030024 太原王孝雄建筑設(shè)計(jì)院有限公司 山西 太原 030024）

隨著我國(guó)城市化建設(shè)項(xiàng)目的不斷推進(jìn)以及經(jīng)濟(jì)、科技水平的不斷提高，提升建筑物的隔震與消能減震設(shè)計(jì)水平是保障建筑工程設(shè)計(jì)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本研究通過(guò)闡述建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)的適用范圍、科學(xué)理念、設(shè)計(jì)目標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)要求以及設(shè)計(jì)工作的相關(guān)知識(shí)及其必要性，分析了現(xiàn)階段我國(guó)建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)狀與前景，并就此提出了相應(yīng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法和解決對(duì)策，希望給相關(guān)建筑設(shè)計(jì)人員提供借鑒。

建筑；隔震；消能減震

近些年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)成為了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于我國(guó)屬于地震多發(fā)地帶的國(guó)家，因而隨著建筑產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大以及建筑技術(shù)水平的不斷提高，人們對(duì)建筑工程的量要求日益嚴(yán)格。發(fā)展和改進(jìn)我國(guó)建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)保障建筑物的整體質(zhì)量和安全十分關(guān)鍵。因此，創(chuàng)新和改進(jìn)建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)對(duì)我國(guó)新型城市化建設(shè)的不斷推進(jìn)，促進(jìn)我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)隔震與消能減震設(shè)計(jì)思路不斷創(chuàng)新具有十分重要的意義。研究建筑的隔震與消能減震設(shè)計(jì)原則和合理改善建筑物隔震、減震設(shè)計(jì)方法，對(duì)完善我國(guó)建筑工程的建設(shè)質(zhì)量管理體系和加快推進(jìn)我國(guó)城市化的發(fā)展進(jìn)程也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)的概述

1.1完善建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)的必要性

隔震與消能減震設(shè)計(jì)，具體來(lái)講，就是利用隔震與消能減震裝置，通過(guò)改變建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的抵抗地震作用的效果。隨著建筑行業(yè)的飛速發(fā)展和城市化建設(shè)的推進(jìn)，人們對(duì)建筑物的質(zhì)量狀況和抗震性能日益重視，因而完善建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)既有利于保證建筑抗震設(shè)計(jì)工作的正常進(jìn)行，確保抗震建筑的施工質(zhì)量，又有利于設(shè)計(jì)人員能夠不斷提高建筑隔震與消能減震的設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)效率。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)采用可靠的隔震與消能減震設(shè)計(jì)方案和先進(jìn)的隔震與消能減震設(shè)備，提高建筑的抗震性能。完善建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)有利于提高建筑物抗震的有效性，使設(shè)計(jì)人員能夠與時(shí)俱進(jìn)，更好的洋為中用，促進(jìn)我國(guó)的建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)不斷走向新的發(fā)展階段。同時(shí)完善建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)方案還能夠引導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不斷改進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑隔震與消能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程造價(jià)的降低。這不僅有利于改善建筑隔震與消能減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，加快我國(guó)建筑隔震與消能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)展，還有利于為建筑隔震與消能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作提供良好的建設(shè)環(huán)境和氛圍，進(jìn)而提高我國(guó)建筑企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1.2建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)的適用范圍研究

中國(guó)建筑行業(yè)應(yīng)當(dāng)提高建筑結(jié)構(gòu)隔震、消能減震設(shè)計(jì)水平，因而，將建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)工作列為建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主題目標(biāo)十分必要。各級(jí)政府也可以采用政策激勵(lì)和引導(dǎo)建設(shè)相關(guān)方的設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑結(jié)構(gòu)隔震與消能減震設(shè)計(jì)方案進(jìn)行深入的完善和研究，這不僅有利于提高建筑結(jié)構(gòu)的隔震、消能減震功能，還有利于實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)單位和施工單位的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。近年來(lái)，建筑隔震、消能減震技術(shù)的適用范圍在不斷擴(kuò)大，不僅包括醫(yī)院、通訊處、警察辦公地、銀行、消防大隊(duì)、保險(xiǎn)公司、電力公司等重要建筑物，還包括政府機(jī)構(gòu)的一些辦公樓、緊急事務(wù)指揮處、國(guó)家政府重要物資儲(chǔ)存地，也包括國(guó)家公共設(shè)施場(chǎng)所，比如極具紀(jì)念性意義的建筑物、博物館、圖書(shū)館和一般的工業(yè)區(qū)或者居民住宅區(qū)的建筑等，這些場(chǎng)所都需要建筑隔震、消能減震設(shè)計(jì)技術(shù)。只有這些建筑物的隔震、消能減震設(shè)計(jì)成果經(jīng)過(guò)相關(guān)部門(mén)嚴(yán)格的論證審核和批準(zhǔn)后，才可以真正投入到建筑物的建設(shè)當(dāng)中，有效保證其建筑功能的具體實(shí)現(xiàn)。

1.3建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)方案制定前主動(dòng)明確建筑結(jié)構(gòu)隔震與消能減震設(shè)計(jì)管理的具體內(nèi)容，并且融合不同種類(lèi)的建筑材料資源，充分考慮我國(guó)建筑領(lǐng)域的基本國(guó)情和經(jīng)濟(jì)學(xué)規(guī)律，尤其要融合生態(tài)資源于建筑結(jié)構(gòu)隔震與消能減震設(shè)計(jì)的實(shí)踐之中，實(shí)現(xiàn)我國(guó)建筑工程隔震與消能減震設(shè)計(jì)工作的精細(xì)策劃和有效監(jiān)控，進(jìn)而提高建筑結(jié)構(gòu)隔震與消能減震設(shè)計(jì)質(zhì)量和建筑企業(yè)效益。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)重視建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)，比如對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)推廣比較合適的隔震與消能減震設(shè)計(jì)方案，可以借鑒日本和美國(guó)的建筑隔震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，最好選擇隔震基本周期小于110s的隔震建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果，提升建筑的隔震設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑隔震與消能減震的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)將建筑結(jié)構(gòu)假定為剛性，將地震視為一個(gè)時(shí)間過(guò)程，對(duì)建筑物抗地震力的大小進(jìn)行準(zhǔn)確推定，并選取精準(zhǔn)的建筑地震動(dòng)加速度系數(shù)作為建筑隔震與消能減震的輸入數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)每一刻建筑抗震能力的細(xì)致觀測(cè)。設(shè)計(jì)人員也應(yīng)當(dāng)確保隔震建筑高寬比的精確度，以期能夠保障建筑結(jié)構(gòu)隔震與消能減震設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。

2　建筑隔震和消能減震設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1建筑隔震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

建筑隔震的設(shè)計(jì)過(guò)程主要包括分部設(shè)計(jì)、上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和隔震層設(shè)計(jì)三個(gè)環(huán)節(jié)。分部設(shè)計(jì)主要是將建筑的整個(gè)隔震結(jié)構(gòu)體系以隔震層為中心分成建筑隔震層以上的結(jié)構(gòu)和隔震層以下的結(jié)構(gòu)這兩部分，再根據(jù)實(shí)際的建筑施工需要分別進(jìn)行隔層設(shè)計(jì)。上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是采用科學(xué)的水平向隔震系數(shù)對(duì)建筑上層結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)，尤其要嚴(yán)格按照水平向隔震系數(shù)和抗震設(shè)防烈度執(zhí)行，綜合考慮建筑結(jié)構(gòu)的隔震因素、非隔震因素以及建筑結(jié)構(gòu)層間的剪力比等因素。對(duì)建筑物整層設(shè)置隔震裝置的部位可稱(chēng)為隔震層，隔震層設(shè)計(jì)實(shí)際上就是研究隔震層對(duì)整體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)適時(shí)選擇科學(xué)的建筑隔震設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)建筑物的整體隔震效果。同時(shí)，在建筑的隔震層設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)建筑施工單位的技術(shù)測(cè)量人員還應(yīng)當(dāng)通過(guò)精確計(jì)算建筑隔震環(huán)節(jié)的具體系數(shù)，不斷完善建筑的隔震體系。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的綜合情況不斷完善科學(xué)合理的建筑隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖，并創(chuàng)建出建筑隔震的合理結(jié)構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)建筑隔震層頂部的梁板結(jié)構(gòu)和建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合，進(jìn)而避免出現(xiàn)重復(fù)計(jì)算隔震系數(shù)的問(wèn)題。建筑物的隔震設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)對(duì)建筑物水平向的隔震系數(shù)進(jìn)行合理科學(xué)的取值，嚴(yán)格設(shè)立建筑物的隔震設(shè)防目標(biāo)，明確建筑物水平向的隔震系數(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑層間剪力值合理的區(qū)段控制，降低建筑隔震設(shè)計(jì)的取值誤差。此外，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)精確計(jì)算上部結(jié)構(gòu)隔震系數(shù)，降低建筑隔震系數(shù)的最大值與最小值之間的誤差，減少地震等自然災(zāi)害給建筑結(jié)構(gòu)帶來(lái)的不利影響。建筑設(shè)計(jì)人員也應(yīng)當(dāng)重視建筑物的平動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)不同的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采取靈活的應(yīng)對(duì)措施，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)建筑隔震設(shè)計(jì)的矩形分布，提升建筑的隔震效果。

2.2建筑消能減震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

建筑消能減震的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要求具體有以下幾點(diǎn)：①建筑消能減震設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)有效控制建筑物消能部件的使用情況，防止建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈的震動(dòng)下出現(xiàn)扭曲變形的情形。在進(jìn)行建筑消能減震設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照實(shí)際測(cè)量人員提供的實(shí)地?cái)?shù)據(jù)調(diào)查情況，實(shí)現(xiàn)建筑消能器阻尼、數(shù)量的合理分配和布置，整體分析建筑的減震結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)變形的有效控制要求，實(shí)現(xiàn)建筑消能部件及建筑主體結(jié)構(gòu)的有效連接。②設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)采用建筑結(jié)構(gòu)的消能器、墻體、斜撐、梁或者節(jié)點(diǎn)等消能減震部件實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)工作目標(biāo)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)綜合分析建筑消能器的不同類(lèi)型，綜合考慮建筑消能減震的速度、位移、主軸部件的不同位置，實(shí)現(xiàn)建筑不同阻尼數(shù)量的計(jì)算和確定工作，進(jìn)而科學(xué)實(shí)現(xiàn)建筑消能減震的設(shè)計(jì)目標(biāo)。③設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格按照建筑消能減震的實(shí)際要求和具體情況沿著建筑的兩個(gè)主軸方向進(jìn)行消能減震裝置的設(shè)置，提升建筑結(jié)構(gòu)的整體消能減震能力，并根據(jù)建筑消能減震設(shè)計(jì)工程的強(qiáng)擴(kuò)張性構(gòu)建出科學(xué)合理的建筑消能減震受力體系。④設(shè)計(jì)人員要重視消能減震裝置與原始結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，要保證地震來(lái)臨時(shí)連接節(jié)點(diǎn)不能先于消能減震裝置破壞。⑤設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)將各消能裝置準(zhǔn)確定位，搭建起本體結(jié)構(gòu)與消能裝置共同作用的力學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)建筑消能減震設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的不斷完善。⑥管理人員要重視建筑消能減震設(shè)計(jì)的質(zhì)量管理、設(shè)計(jì)進(jìn)度管理、安全管理和投資管理這幾個(gè)方面，積極引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員不斷提升建筑結(jié)構(gòu)的消能減震設(shè)計(jì)技術(shù)，提高建筑結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計(jì)的效率和建筑企業(yè)市場(chǎng)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

3　完善建筑隔震、消能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施

為了改善建筑隔震、消能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)通過(guò)建筑隔震、消能減震裝置布置位置的不同進(jìn)行對(duì)比，分析其不同布置位置對(duì)建筑整體力學(xué)性能的改變，從而選擇最優(yōu)秀的設(shè)計(jì)布置方案，實(shí)現(xiàn)建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)與隔震、消能減震裝置的完美結(jié)合。設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)根據(jù)測(cè)量人員的實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)，不斷完善建筑隔震、消能減震設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑隔震、消能減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作中尤其要綜合考慮混凝土的抗震效果因素、建筑材料因素和建筑物所處的地理環(huán)境因素，不斷創(chuàng)新建筑隔震、消能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，使得建筑物隔震、消能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加具有合理性。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格按照建筑隔震、消能減震設(shè)計(jì)的具體標(biāo)準(zhǔn)，保持建筑結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心的一致性，進(jìn)而降低地震對(duì)建筑物的破壞。如果在進(jìn)行建筑隔震、消能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，建筑材料的隔震、消能減震質(zhì)量得不到有效的保證，那么建筑物受到地震的破壞就會(huì)變強(qiáng)，所以，設(shè)計(jì)人員在關(guān)注建筑隔震、消能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的同時(shí)也應(yīng)該注意建筑材料的質(zhì)量，進(jìn)而提升建筑的抗震效果。

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑行業(yè)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，建筑隔震、消能減震設(shè)計(jì)水平與建筑物的抗震性能具有十分重要的聯(lián)系。設(shè)計(jì)人員通過(guò)明確建筑隔震和消能減震的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、設(shè)計(jì)原則、注意事項(xiàng)和適用范圍，可以不斷完善建筑的隔震和消能減震設(shè)計(jì)體系。設(shè)計(jì)人員也應(yīng)當(dāng)結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的綜合情況不斷完善科學(xué)合理的建筑隔震、消能減震設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖，并創(chuàng)建出建筑隔震、消能減震的合理結(jié)構(gòu)模型，更好的應(yīng)用到實(shí)際工程的建設(shè)中去，促使我國(guó)的建筑發(fā)展水平能夠與國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的步伐相適應(yīng)，降低自然災(zāi)害對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和人民財(cái)產(chǎn)造成的損失。

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TU352.1

A

1673-0038（2015）42-0087-02

2015-10-1