建筑結構減隔震技術應用實踐微探

張波

建筑結構減隔震技術應用實踐微探

張波

地震主要是因地面運動，迫使地面原有靜止狀態的建筑物遭受動力作用而出現強迫振動，進而在結構內部出現內力與變形，通過動力學剖析發現，具體是指經由震害分析得以修正和補充，最終獲得建筑物基于地震作用形成的反應機理和破壞形式，據此得出相應的計算方法和設計原則，具有良好的應用效果。

眾所周知，一旦出現地震，將會帶來嚴重的后果，危及生命與財產安全，為盡可能地減少財產損失，人們加大了在建筑減隔震方面的探究。本文首先簡單剖析建筑減隔震結構，然后介紹減隔震當前的控制情況，最后探討未來的主要發展方向。

建筑減隔震簡析

通過增強結構件整體的變形能力和強度來制衡地震反應，可在較大程度上削弱地震，但這遠遠不夠，還應探究減隔震裝置，一旦出現地震，可讓構件剝離于地震地面運動，以免有過多的能量傳送至建筑結構內容，借此來實現對主體結構的有效保護。簡單來說，結構減隔震除外可增強建筑物的整體抗震能力，也能夠縮減工程造價，并可增加工程效益。

減隔震技術的中心思想為通過不同的方法使得建筑主體結構可與地面運動最大限度地分隔開。我們可借助結構延長來躲避地震周期，進而讓微小的地震能量傳送至建筑主體結構，以此來控制地震損失。經由相關研究發現，若結構周期延長，則結構位移會增加，進而對結構設計產生一定的挑戰。同時，因結構柔性作用，還可能在基本狀態下出現有害震動。為此，我們務必要全面管控有害震動，最大限度地規避不良變形。另外，還可提升阻尼作用，利用結構阻尼作用來吸收一定的地震能量，以此來削弱地震反應，增加結構的穩定性。

從減隔震技術的層面而言，一般可經由三個途徑來提升減隔震效果，站在這三個途徑能夠把其劃分成地基隔震、上部隔震和基礎隔震，且同類型的隔震具有不同的特點，我們應區別看待。

減隔震當前的控制情況

積極抗震

通過震源產生震動，再經由傳播途徑傳送至結構中，以此引發震動反應。針對不同階段采取對應的震動方法，便形成了積極抗震，主要包含下述四點內容：

震源。消震為經由震源震動強度削弱來實現結構震動控制，然而因地震源無法確定，外加規模龐大，截止到當前，仍不具備可行的措施把震源強度降低到特定程度。

傳播途徑。隔震是利用某種裝置把地震和結構隔開，其基本作用為削弱與調整地震過程的結構強度與方式，進而實現削弱結構震動這一目的。通常存在基底隔震與懸掛隔震這兩種方法。

結構。被動減震為經由特定措施來吸收地震傳送至主結構中的能量，以此來削弱結構震動。被動減震包含耗能減震、吸震減震以及沖擊減震這三種方法。

反應。主動減震是依照結構自身的地震反應，經由執行機自主地為結構添加一定的控制力，以此來實現結構震動這一目的。

結構隔震和減震方法

相關研究最早著手于上世紀中期，隨后快速發展。上述積極抗震法和傳統消極抗震進行對比，主要具有下述優點：

削弱地震作用?？上魅醯卣鹱饔茫M而降低結構造價，增加結構的穩定性。同時，隔震方法還能夠有效控制傳送至結構中的極限震力，以此來填補結構構件設計環節無法精準明確載荷的問題。

控制地震變形。控制地震變形，讓非結構構件免遭地震破壞，以此來縮減震后維修經費，以代表性的現代化建筑為例，非結構構件所占費用在房屋總造價中的比重達到了80%左右。

懸掛隔震。懸掛隔震讓結構的所有質量都懸掛起來，致使地震無法傳送至主體質量中，形成一定的慣性力，借此來達到隔震的目的。無論是在橋梁還是在火電廠鍋爐架中，懸掛結構均得到了廣泛應用。

基地隔震。在夾層橡膠墊隔震中，隔震裝置所用橡膠墊塊既可選取天然橡膠，還可選取人工合成橡膠，為加強墊塊的整體垂直承載力與豎向剛度，通常利用橡膠片和薄銅板來制作橡膠墊塊。

鉛芯橡膠支座促使支座具有適宜的初始剛度，經由風載與制動力等不同作用保持優良的剛度，進而迎合正常使用標準，但出現強地震時，則裝置開始柔性滑動，促使整個體系涌向消能狀態。

在滑動支座自身的上部結構和基礎之間安裝相互滑動滑板。當風載和制動力減小時，則靜摩擦力讓上部結構穩穩地固定在基礎中，當發生大震時，則結構水平滑動，削弱地震作用，同時，利用摩擦阻尼來消耗一定的地震能源。

未來發展方向

以往借助結構延性形成的抗震措施主要以某種損傷為代價來削弱地震反應，融入整合效能技術能夠控制結構損傷，并可應用在不同的結構中，對應減震效果也很少依賴于地面運動特性，同時，耗資較少，值得推廣。但我們應認識到的一點內容是增大阻尼在抑制結構位移反應與變形的環節會讓結構絕對速度與加速度提升，進而對內部設備以及人員產生不利影響。

以短周期地面運動作用的中短周期結構為例，基礎隔震所產生的減震效果和消能技術相比更加優良，然而，在地面運動輸入中具有較強的敏感度，無法真正規避共振危險。另外，半上動控制與混合控制方法能夠迎合不同的設防標準，在地面運動與結構不確定方面具有優良的適應能力，能夠增加結構安全性，在整合智能元件后，整體的效果也更加優良，值得大面積推廣與應用。

綜上可知，建筑進行減隔震處理以后，即便遭遇地震，結構主體也不會發生任何破壞，我們僅需在震后及時調整支座高強螺栓與錨固鋼擋板，以此來迎合小震不壞與中震可修等設計標準，這是一種可行、有效的解決辦法，值得推廣應用。

（作者單位：山東省建筑設計研究院）