建筑結構設計與隔震技術應用研究

徐靜和　楊博賀

【摘要】建筑設計遵循“人本為主”、“可持續”的理念，而房屋建筑作為設計的對象，是人類棲息的場所和進行各種活動的物質條件，安全是第一位的。到目前為止國內外已建成的隔震建筑有許多經歷了大地震的考驗，均表現出了良好的抗震性能，隔震技術也因此被認為是最有效的抗震手段之一。

【關鍵詞】建筑結構；隔震技術；技術應用

地震是一種不可抗力，屬于自然世界中難預測、難預防與難控制的破壞性活動。地震防御技術與防震減震技術的發展受到動力學與經濟成本的雙重制約與相互促進。建筑結構設計采用的抗震措施決定著建筑結構的可靠性與安全性。設計人員均依據小震不塌、大震可修這一原則開展設計工作，并采用了很多的方法抗震。

1、建筑結構隔震介紹

建筑物內部的阻尼大小有利于地震能量消耗。而減震措施恰好利用這一點，借助建筑阻尼增加吸取地震能量，以此來維護主體結構，降低震害。隔震技術被廣泛應用到高層建筑中，特別是汶川地震后涌現出較多的隔震建筑。因隔震設計選取的材料和以往設計存在差異，和傳統抗震設計對比，當前的隔震設計，特別是高層隔震設計具有一定難度。隔震措施存在時間限制，不僅能應用到新建結構，而且在建筑物建成后可通過阻尼增加來實現減震。從適用部位層面而言，減震措施較為廣泛，無論是上部結構，還是隔震夾層均適用。而消能減震技術利用消能減震裝置配設來提高結構阻尼比，進而防控結構變形問題，借助附加裝置來吸取地震能量，實現主體結構的全面防護，讓主體結構遭受地震災害時不會出現嚴重破壞。依照數據統計可知，消能減震結構能夠顯著增強抗震性能。另外，抗震構造還能夠依據未采用消能減震之前的結構來降低。

2、隔震技術在建筑結構設計中的應用分析

2.1建筑物地基采用特殊材料隔震

因建筑物不同選取的地基材料存在差異，這主要因為地震波反應的作用。可借助特殊材料面向建筑物地基實施處理操作，進而削弱地震波，以此來讓減小震感。在以往的建筑物中，一般通過粘土與砂子完成基礎部分墊層，再有人借助糯米墊層探索抗震，多年的發明探索和試驗表明原料是瀝青的這種新型材料開展隔震層設置對應的效果十分顯著。

2.2建筑結構基礎隔震設計

在高層建筑結構設計中，基礎隔震結構一般安裝在樓層上部結構水平面寬度較小而樓層之間剛度較大、樓層高度在三十層以下的樓房建筑中。假如該樓房上部結構水平面寬度較大而不同樓層之間剛度又很小、樓層數量又較大，這時候的樓房上部結構就是多質點的隔震結構體系，需要采取相應的多質點隔震模型，而且另外還要想辦法防止隔震結構出現扭轉和發生傾覆等意外情況。

對于位于強地震帶和高烈度地區的高層建筑要采用橡膠材料的隔震結構，因為橡膠隔震結構中的隔震支座在沖擊波作用下會產生一定的拉應力或者發生輕微的非線性變形，從而保證高層建筑結構的整體安全和穩定。對于高層建筑結構的組合隔震體系而言，如果隔震層上部結構傾覆彎矩太大的話，發生的水平地震作用力就會使得隔震層轉動起來，加大隔震結構在垂直方向的負載，那么該高層建筑隔震層就會發生較為突出的縱向變形。所以，在考慮高層建筑基礎隔震結構的動力體系時，一方面要考慮到隔震結構的多質點平動受力，最好是采用多質點擺動加平動隔震計算模型，另一方面還要考慮到隔震結構的轉動。

2.3建筑物層間隔震措施

層間隔震這種方法主要適用于舊房改建，在施工方面具有簡單、易操作的特點。與建筑物基礎部分設置隔震裝置的辦法相比，層間隔震的效果不是非常明顯，減震的效果可以達到1/10～3/10的范圍，因為層間隔震的作用無法參與到建筑物的整體結構中，所以達到的隔震效果也較其他方法差一些。這種方法主要是依靠設置在建筑結構各層間隔的減震裝置吸收或者削弱地震能量，從而減小地震對建筑物的危害，設置的裝置基本與基礎隔震的相同，二者的區別主要在于該方法應用于舊房的改建施工中，而上述方法主要應用于新建筑的施工中。

2.4懸掛隔震

懸掛隔震是將建筑物的大部分或者整個結構懸掛起來，也就是通常所說的懸掛結構，這樣，當地震來臨時，地震的能量不會傳遞給懸掛起來的結構，從而達到減小地震損害的目的。這種隔震方式最常見于大型鋼結構，大型鋼結構總是采用鋼結構懸掛體系，以此隔震。這種結構對于設計師的設計要求比較高，因為要將結構的主體框架和子框架的結合做到完美的結合，才能保證在地震來臨時，子結構不受干擾。因為它的作用原理是，當地震來臨時，主框架會隨著地殼運動發生搖擺，但是子框架和主框架之間是能夠活動的索鏈和吊桿，地震的能量到達這個部位的時候就會削弱，不至于傳遞到子結構產生慣性力，這種結構的優點是防震效果好，可以有效的阻斷地震力對于建筑物的傷害，但是缺點是工程造價高，一般的住宅建筑不宜使用，因為大量的鋼結構會大大增加建筑的成本。

2.5新型隔震支座的研發

近年來，有學者提出對三維隔震的概念，即采用厚橡膠隔震支座，在保持橡膠總厚度不變的情況下，降低隔震支座的軸向剛度以達到減少垂直方向地震作用的目的。因此，三維隔震支座可應用于同時有效隔離鐵路交通引起的振動、環境振動和地震震動的情況。對于三維隔震支座我國目前已有生產，今后將會逐步推廣。

2.6隔展支座的計算機模擬

依據有關規定，對工程所應用的隔震支座須進行材料和結構性能方面的測試，但隨著新建隔震建筑數量的增多，規模的擴大，如果對全部隔震支座都進行材料和結構性能試驗檢驗，然后包裝運至施工現場進行安裝工作，這樣很容易因試驗時間的延遲造成工程工期的拉長。因此，希望能夠建構合適的計算機模擬測試方法。基于非線性有限元分析，研究隔震材料特性對隔震支座性能的影響，建立能模擬隔震支座實際性能試驗檢驗的計算機分析程序。

結語：

工程設計人員需重視隔震減震問題，做好隔震減震設計工作，選用適宜的隔震裝置，所用消能構件自身的參數應通過特定試驗來明確，并將隔震與消震裝置需配備在便于檢查和易替換部位。另外設計人員需清晰標注隔震減震裝置的基本要求，依照規范落實安裝與檢測等工作，讓裝置與每一項性能均滿足標準。