建筑結(jié)構(gòu)的隔震減震技術(shù)原理分析

摘要：作為一種新型的建筑結(jié)構(gòu)減震技術(shù)，隔震減震技術(shù)主要是通過在建筑上部結(jié)構(gòu)樓層之間設(shè)置專門店的橡膠隔震支座和耗能原件，形成隔震層（剛度很低），以增加建筑的自振周期，來達到減震的目的。文章對建筑結(jié)構(gòu)的隔震減震技術(shù)進行理論分析，并提出了其所存在的不足。

關(guān)鍵詞：隔震減震技術(shù)；建筑結(jié)構(gòu)；應(yīng)用

引言

地震災(zāi)害是全球性以及多發(fā)性的。全球平均每年發(fā)生嚴(yán)重地震災(zāi)害大約有二十次，平均死傷人數(shù)也超過萬人。尤其在汶川地震后，消能減震技術(shù)為建筑行業(yè)內(nèi)所重視并取得一定發(fā)展與進步。同時相比傳統(tǒng)抗震技術(shù)，隔震減震技術(shù)更安全可靠，不僅保證結(jié)構(gòu)主體及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全，同時能保證內(nèi)部設(shè)備正常運行；同時更加經(jīng)濟，從投入角度分析，隔震結(jié)構(gòu)雖然增設(shè)了某些隔震裝置，但是可以使主體結(jié)構(gòu)在構(gòu)造時減小截面構(gòu)件、減少配筋的使用以及材料的使用，從而降低整個結(jié)構(gòu)的造價。在設(shè)防烈度七度以上的地區(qū)，采用隔震技術(shù)不僅可以顯著提高結(jié)構(gòu)抗震性能，也能顯著降低工程造價。同時，也能由于隔震技術(shù)的采用，上部結(jié)構(gòu)地震作用減小，因此在結(jié)構(gòu)選型更加自由，另外，隔震技術(shù)減少了不可再生資源的利用，如鋼材、混凝土等，響應(yīng)了國家政策，符合當(dāng)前綠色建筑和智能建筑的發(fā)展導(dǎo)向，隔震及減震技術(shù)的運用能從很大程度上降低地震災(zāi)害的威脅，因此在這方面的研究有著很強的實際意義。

1、隔震及減震技術(shù)理論設(shè)計

隔震減震技術(shù)不同于傳統(tǒng)抗震技術(shù)，其原理是“以柔克剛”，由于傳統(tǒng)建筑把上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)連在一起，這樣地震時地面運動的能量經(jīng)經(jīng)過基礎(chǔ)傳輸?shù)缴喜拷Y(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)發(fā)生振動和變形，以發(fā)生破壞甚至倒塌，傳統(tǒng)抗震方法就是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上增大梁柱截面的尺寸、增加梁柱配筋和改善建筑材料強度等來實現(xiàn)抗震目的。隔震減震技術(shù)的設(shè)計目標(biāo)是雙保護，即保證結(jié)構(gòu)主體及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全，同時在發(fā)生地震時保證內(nèi)部原件正常運行，其技術(shù)理論從兩個方面著手，一是對消能減震的設(shè)計理論進行分析，這一技術(shù)適用于新舊工程，在構(gòu)造、造價都比較優(yōu)越，維護也方便。二是隔震技術(shù)的設(shè)計理論方面，主要就是在建筑的底部設(shè)置隔震層，以增加體系的自振周期，來達到減震的目的。

2、隔震技術(shù)措施

地震對建筑物的破壞作用，是由于來自地面的能量，通過基礎(chǔ)向上部結(jié)構(gòu)傳遞。通過在結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間以及層間設(shè)置軟弱的隔震層，其自身的很大程度的變形減少地震能量的輸入，從而達到防震的目的。基于以上理論隔震方案主要有以下幾種：

（1）軟墊型隔震

軟墊式隔震是在房屋底部設(shè)置隔震裝置，使整個房屋坐落在軟墊上（如設(shè)置若干個帶鉛芯的鋼板橡膠塊形成一個軟墊。地震時，其變形都發(fā)生在軟墊區(qū)域，上部結(jié)構(gòu)層間側(cè)移減小，從而減小結(jié)構(gòu)破壞。

（2）滑移型隔震

滑移隔震體系是指在基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置一個滑移面，使建筑物在滑動過程中通過摩擦消耗了地震輸入的能量，從而達到減震的效果。

（3）擺動型隔震

擺動隔震是將基礎(chǔ)支撐在可擺動的樁基上，并在基礎(chǔ)側(cè)面設(shè)置阻尼器。在地震作用下，基礎(chǔ)產(chǎn)生一定程度的擺動來增加自振周期，以達到減震的目的。

3、減震技術(shù)應(yīng)用

結(jié)構(gòu)減震技術(shù)不再遵循傳統(tǒng)“強化”結(jié)構(gòu)的抗震思想，而是把結(jié)構(gòu)的某些非承重構(gòu)件設(shè)計成耗能部件，通過塑性變形來消耗地震能量。

有以下三種減震措施：

（1）提升結(jié)構(gòu)阻尼

在彈性地震反應(yīng)中，結(jié)構(gòu)阻尼比越大，自震周期的越大其反應(yīng)效應(yīng)越小。阻尼的應(yīng)用能有效消減最大共振反應(yīng)。同時不同類型的阻尼器或者阻尼器安裝方式的不同都能提高結(jié)構(gòu)的阻尼。

（2）運用高延性構(gòu)件

結(jié)構(gòu)本身對能量的吸收耗散決定了其耐震能力，而耐震又取決于結(jié)構(gòu)延性的的強弱，即結(jié)構(gòu)承載力和變形能力的共同決定其抗震能力。通過強節(jié)點弱桿件、強柱弱梁等方式提升其結(jié)構(gòu)延性，增大結(jié)構(gòu)變形能力，是結(jié)構(gòu)抗震的的重點

（3）增設(shè)耗能裝置

耗能減震技術(shù)主要通過在結(jié)構(gòu)的某些部位增設(shè)或耗能部件，主要通過耗能部件來耗散地震能量，減輕結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)。市面上嫩見到的又金屬耗能器、摩擦耗能器、粘彈性耗能器等。

4、存在的問題

（1）減震隔震技術(shù)主要用過延長結(jié)構(gòu)的固有周期來達到抗震的目的，因此在地質(zhì)疏松的地面以及地下結(jié)構(gòu)變形過大的情況使用時，容易出現(xiàn)其他工程問題；同時豎向結(jié)構(gòu)在地震作用下使用隔震減震措施并沒有系統(tǒng)的研究

（2）阻尼器及耗能器的的在應(yīng)用過程中仍有很多不足，其設(shè)置的方式及元件類型的選擇并不完善，同時在復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)中使用是并不能做到最優(yōu)的選擇

（3）減震隔震技術(shù)本質(zhì)在于延長結(jié)構(gòu)本身固有周期，提升其延性，而軟弱地基和地下結(jié)構(gòu)變形過大情況下，隔震減震技術(shù)在運用于此類工況時，不能較好的設(shè)置隔震層，需仔細(xì)對地形勘測，進行加固再考慮該技術(shù)的使用。

5、結(jié)語

（1）減震隔震技術(shù)能夠更加有效的耗散地震能量，大幅提升結(jié)構(gòu)本身的抗震能力

（2）由于采用隔震技術(shù)，上部結(jié)果地震做作用減小，便于結(jié)構(gòu)選型

（3）豎向結(jié)構(gòu)在地震作用下使用隔震減震措施并沒有系統(tǒng)的研究，暫不建議在次構(gòu)件情況下使用該隔震減震技術(shù)

（4）減震隔震技術(shù)本質(zhì)在于延長結(jié)構(gòu)本身固有周期，提升其延性，在地質(zhì)疏松的底面及地下結(jié)構(gòu)變形過大情況下，需多方位考慮，謹(jǐn)慎使用該技術(shù)

（5）隔震結(jié)構(gòu)隔震效果主要通過隔震支座實現(xiàn)，因此其抗震原件及性能的檢測對象主要是其支座，相比橋梁、高層等大型結(jié)構(gòu)的檢測來說，其檢測要快捷方便很多，在震后能快速檢修，利于震后恢復(fù)正常生產(chǎn)運行

（6）隔震抗震措施的運用能總體上降低不可再生的能源（如鋼材）、混凝土、橡膠等材料的使用，符合當(dāng)下綠色建筑與智能建筑的發(fā)展導(dǎo)向

參考文獻：

[1]程紹革.現(xiàn)有建筑抗震鑒定的基本規(guī)定，建筑結(jié)構(gòu)，2010，40（5）：1-3

[2]周福霖.工程結(jié)構(gòu)減震控制[M].北京：地震出版社，1977

作者簡介：代鑫玨（1991.12——），男，籍貫：四川綿陽，民族：漢，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。