建筑隔振消能減震技術(shù)分析

文/楊劍波 紅河州抗震防震指揮部辦公室 云南蒙自 661199

1、引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，在世界范圍內(nèi)每年發(fā)生五百多萬次地震，雖然其中絕大部分的地震對人們的生活不會造成很大的影響，但是每年也存在十幾至二十幾次能對人類造成嚴(yán)重危害的地震。由于現(xiàn)階段的科技水平并不能對地震進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測，為了減少地震對人們的危害，必須更加重視提升建筑的抗震性能，做好地震防御工作。建筑隔振消能減震技術(shù)作為一種建筑物防震技術(shù)，將其運(yùn)用到建筑工程設(shè)計(jì)中，能夠有效的提升建筑物的抗震性能，提升建筑物的安全性和穩(wěn)定性。

2、建筑隔振消能減震技術(shù)概述

建筑隔振消能減震技術(shù)的基本思想是將建筑物基礎(chǔ)部分的結(jié)構(gòu)和房屋的上部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離，在地震時(shí)，將地震能量向建筑物的傳輸路徑進(jìn)行隔離，從而實(shí)現(xiàn)在發(fā)生地震時(shí)地動(dòng)而建筑物的基本不動(dòng)的目的，保證建筑物的安全性和可靠性。

隔震技術(shù)是指通過運(yùn)用隔震裝置，將建筑物與地震所帶來的沖擊相隔離的技術(shù)，該種技術(shù)通過在建筑物的底部位置或者結(jié)構(gòu)層之間安裝隔震裝置，對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行軟化，隔震裝置將地震地質(zhì)條件傳來的能量進(jìn)行吸收和轉(zhuǎn)化，阻值地震能量向上方的建筑物傳輸，降低將主結(jié)構(gòu)的變形，從而達(dá)到減少地震對建筑物影響的目的。根據(jù)隔震支座安裝位置的不同，可以將隔震技術(shù)分為基礎(chǔ)隔震和層間隔震兩種類型。

消能減震技術(shù)是與隔震技術(shù)相對應(yīng)的一種建筑防震技術(shù)，該種技術(shù)主要是將建筑物結(jié)構(gòu)中的支撐或者剪力墻等構(gòu)件設(shè)置成消能構(gòu)件，或者在結(jié)構(gòu)物中的連接位置或者節(jié)點(diǎn)位置安裝阻尼器，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，消能構(gòu)件和阻尼器將建筑物的工作狀態(tài)進(jìn)行改變，主要是由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)化為塑性狀態(tài)，消能構(gòu)件和阻尼器對地震能量進(jìn)行吸收，從而減少建筑主體結(jié)構(gòu)的變形情況，保證建筑物的安全性和可靠性。在建筑物中采用消能減震技術(shù)，具有靈活性較強(qiáng)和減震效果較好的優(yōu)點(diǎn)，對建筑物的正常使用具有較小的影響，不會對建筑主體結(jié)構(gòu)造成不必要的破壞。

3、建筑隔振消能減震技術(shù)中存在的問題

建筑隔振消能減震技術(shù)雖然在我國的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了普遍的應(yīng)用，但是由于多種因素的影響，其中還存在著一些問題，本文從以下幾個(gè)方面，對建筑隔振消能減震技術(shù)中存在的問題進(jìn)行具體分析。

（1）豎向地震荷載的減震效果較差。現(xiàn)階段，大部分隔震裝置針對水平地震力，能夠獲得較為良好的減震效果，但是由于豎向地震荷載作用對高聳、懸臂結(jié)構(gòu)或者跨度較大的建筑物，具有較大的影響，隔震裝置針對豎向的地震荷載并不能獲得較為明顯的減震效果。因此，為了提升建筑物的抗震性能，保證建筑物的安全性，必須對該方面的內(nèi)容繼續(xù)進(jìn)行深入的分析和研究。

（2）造價(jià)較高。在建筑結(jié)構(gòu)中安裝隔震裝置，就必然會提升建筑工程的造價(jià)成本。因此，將隔震裝置廣泛的應(yīng)用于建筑工程中具有一定困難。因此，必須研制出一種經(jīng)濟(jì)性和減震性、隔震性較高的隔震裝置，降低隔震裝置安裝的造價(jià)成本。

（3）應(yīng)用范圍較小。現(xiàn)階段的建筑隔振消能減震技術(shù)大都應(yīng)用于多層或者低層建筑中，將其運(yùn)用于高層或者超高層建筑中并不能獲得良好的防震效果。因此，必須加強(qiáng)對建筑隔振消能減震技術(shù)應(yīng)用于高層或者超高層建筑中的研究和創(chuàng)新，提升高層或者超高層建筑的安全性。

4、建筑隔振消能減震技術(shù)分析

將建筑隔振消能減震技術(shù)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中，能夠獲得較為明顯的防震效果，本文從以下幾個(gè)方面分析建筑隔振消能減震的方法。

4.1 采用粘彈性阻尼結(jié)構(gòu)進(jìn)行減振

大量的實(shí)驗(yàn)表明，在建筑結(jié)構(gòu)中采用粘彈性阻尼結(jié)構(gòu)，能夠獲得良好的減振效果。例如，在進(jìn)行地震模擬振動(dòng)臺試驗(yàn)和粘彈性阻尼結(jié)構(gòu)的風(fēng)洞試驗(yàn)，對其試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行研究和分析可知，采用粘彈性阻尼結(jié)構(gòu)能夠降低由大風(fēng)和地震帶來的百分之四十至百分之八十的反應(yīng)，可以提升建筑物在大風(fēng)狀態(tài)下的舒適度，確保建筑物在地震和強(qiáng)風(fēng)狀態(tài)下的安全性和可靠性。例如，某地區(qū)的一座高層建筑在沒有采用粘彈性阻尼結(jié)構(gòu)之前，在大風(fēng)狀態(tài)下該高層建筑的最頂部幾層具有較為明顯的不舒適感，當(dāng)采用粘彈性阻尼結(jié)構(gòu)以后，該高層建筑的最頂部幾層的舒適感明顯提升。如果采用提升高層建筑剛度的方式，來提升建筑在強(qiáng)風(fēng)狀態(tài)下的舒適感，將會很大程度的提升建筑物的造價(jià)，如果采用粘彈性阻尼結(jié)構(gòu)，將可以大大的節(jié)省造價(jià)成本。在我國北京的某建筑中也采用了粘滯阻尼器，具有良好的減震效果。因此，實(shí)踐證明，在建筑中采用粘彈性阻尼結(jié)構(gòu)，能夠明顯的降低由于強(qiáng)風(fēng)和地震對建筑物造成的影響。

4.2 采用吸能減震技術(shù)

吸能減震技術(shù)是指通過利用附加子結(jié)構(gòu)，促使建筑物主體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)發(fā)生相應(yīng)的位移，將主體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量重新分配在原結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)中，從而降低主體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。現(xiàn)階段，吸能減震裝置包括調(diào)諧質(zhì)量阻尼器、懸吊質(zhì)量擺阻尼器、調(diào)液（柱）阻尼器和質(zhì)量放大器等等。

4.3 運(yùn)用金屬阻尼器進(jìn)行減振

金屬阻尼器是指在常規(guī)荷載的情況下，通過在框架中安裝屈曲約束支撐，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，金屬支撐發(fā)生塑性變形，對地震所釋放的能量進(jìn)行消耗，從而降低地震對建筑物主體結(jié)果的影響，保證建筑物的整體性能。因此，通過運(yùn)用金屬阻尼器，將屈曲約束支撐應(yīng)用于建筑工程中，能夠大大的提升建筑支撐框架在地震中的抗震性能。

4.4 運(yùn)用沖擊減震方法

將沖擊減震運(yùn)用于建筑結(jié)構(gòu)中，能夠獲得良好的減震效果。沖擊減震技術(shù)是指，通過運(yùn)用附加活動(dòng)的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)之間的非完全彈性碰撞，從而達(dá)到交換動(dòng)量和耗散動(dòng)能，從而降低地震反映。在實(shí)際中運(yùn)用沖擊減震技術(shù)時(shí)，通過在建筑結(jié)構(gòu)中某個(gè)位置懸掛擺錘的方式，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，擺錘對結(jié)構(gòu)進(jìn)行撞擊，從而降低地震對結(jié)構(gòu)帶來的振動(dòng)。

4.5 建筑隔振消能減震技術(shù)效果分析

將建筑隔振消能減震技術(shù)運(yùn)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，具有明顯的效果，本文對建筑隔振消能減震技術(shù)效果進(jìn)行具體分析。

（1）有利于降低建筑結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。通過運(yùn)用建筑隔振消能減震技術(shù)，將建筑物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離，對地震釋放的能量和建筑之間進(jìn)行隔離，降低地震對建筑物造成影響，保證建筑物的安全性。

（2）能夠保證建筑物的安全性和可靠性。將隔振消能減震技術(shù)運(yùn)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在發(fā)生地震時(shí)，建筑物的上部結(jié)構(gòu)仍然可以處于正常的彈性工作狀態(tài)下，能夠保證建筑物的安全性和可靠性。

（3）可以有效的降低建筑工程的造價(jià)。實(shí)踐證明，在建筑結(jié)構(gòu)中運(yùn)用隔振消能減震技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的建筑防震技術(shù)，能夠大大的節(jié)省工程的造價(jià)。

（4）抗震措施比較簡便。在建筑結(jié)構(gòu)中運(yùn)用隔振消能減震技術(shù)，改變了傳統(tǒng)建筑物防震技術(shù)設(shè)計(jì)對象較多和結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的現(xiàn)象，只需要考慮隔震消能減震裝置即可，抗震措施比較簡便。

（5）地震后的修復(fù)較為簡單。在發(fā)生地震以后，應(yīng)該對建筑物中的隔震裝置進(jìn)行檢查和更換，并不需要對建筑物的本身進(jìn)行修復(fù)，地震后的修復(fù)較為簡單。

（6）可以為建筑設(shè)計(jì)提供較為廣闊的空間。將隔振消能減震技術(shù)運(yùn)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在滿足設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和要求的情況下，能夠?yàn)榻ㄖO(shè)計(jì)師提供更加廣闊的設(shè)計(jì)空間，提升建筑物的整體性能。

結(jié)語：

我國作為一個(gè)地震災(zāi)害較為嚴(yán)重的國家，如何提升建筑物的抗震性能，對保證人們的生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要的意義。雖然傳統(tǒng)的建筑抗震技術(shù)可以獲得一定的抗震效果，但由于其造價(jià)較高等因素，并不能廣泛的運(yùn)用于建筑工程中。建筑隔振消能減震技術(shù)作為一種安全性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性都較高的建筑物抗震技術(shù)，將其運(yùn)用于建筑結(jié)構(gòu)中，可以有效的降低地震對建筑物的影響，確保建筑物的安全性。