隔震技術在結構設計中的應用分析

郭世杰

摘 要：對于地震作用，建筑物的結構設計一直都是采用抗震設計，其主要的抗震原理和要求已經在我們的規范和標準當中有了比較成熟的規定和指導，抗震設計對于多遇地震有著比較良好的效果。于此對應的隔震結構的設計則是考慮到結構的動力效應，從剛柔結合的設計當中達到減震的效果，在罕遇地震情況下其良好的減震效果就得到了極大的突顯。

關鍵詞：隔震技術；建筑設計；應用

1 引言

隨著建筑工程的不斷發展，建筑工程設計的重要性也日漸突出。建筑隔震設計在建筑設計之中是非常重要的，其是一個系統的、完整的整體，貫穿于整個建筑工程之中。建筑隔震設計是對一個建筑結構設計效果進行衡量的一項重要指標，所以必須要予以足夠的重視，將建筑結構隔震設計相關工作給切實做好，這需要相關工作人員的不斷努力。

2 基礎隔震技術的相關概念

基礎隔震體系是指為了實現隔離地震作用，把建筑基礎頂部和結構物的底部之間的位置空出來，進行隔震裝置的設置，該體系可使基礎和上部結構隔離，達到地震作用效果最小化。一般隔震體系主要由3部分組成，分別是隔震裝置、上部結構和下部結構。通常為減弱建筑物的震感，所采用的方法是將建筑結構的力學性能進行調整，然后通過隔震裝置增加地震能量的消耗，從而減少建筑結構的震感。由此上部結構中能夠接收到的地震能量變得極少，即使發生地震建筑物也不會受到過于強烈的震動，結構在地震中處于彈性狀態，因此建筑物中的人與物體都不會有太大的生命和安全威脅。

3 建筑結構隔震設計中存在的主要問題

3.1 減震效果的周期較長

建筑工程本身的施工周期就較長，若根據《建筑抗震設計規范》之中的設計反應譜，建筑抗震設計的周期下降較為緩慢。對于施工周期較長的建筑工程而言，其隔震前后的剪力情況沒有較大的變化，隔震效果變化不明顯。若建筑的高度約為100m，那么周期應該為2.5s，通過隔震技術之后會將周期給延長約3.5s，但在實際施工中并非如此，比如在對某一隔震結構分別通過動力時程分析法與等效線性分析法對其隔震效果進行計算，研究長周期建筑的隔震技術施工前后的減震效果是會否提高。通過試驗發現，通過適當的隔震技術處理之后，能夠取得一定的減震效果。

3.2 隔震支座受拉問題

這一問題是現在建筑工程中影響隔震技術發展的一個重要問題。在地震出現時，產生的傾覆力會超出隔震支座能夠承受的結構重量。因為建筑工程的豎向荷載存在較大的軸向變形問題，會對建筑的抗彎承載能力產生一定的影響，進而降低連續梁之間的跨中負彎矩值與支座負彎矩值，提升建筑端支座的負彎距值，這樣還會對建筑構件的剪力產生一定的影響，使得建筑中出現側向變形情況。建筑樓層的逐漸增多，建筑高度的逐漸提升，也會導致軸向變形問題，影響建筑結構的穩定性，所以，在開展建筑結構設計的時候應該對軸向力值予以一定的重視，應用相應的措施切實避免出現明顯的軸向變形情況。所以，應該不斷加大隔震支座能夠承受的重力荷載范圍、應用工別的高抗拉能力隔震支座或者降低地震作用導致的傾覆力等，使得隔震支座受拉問題得以有效的解決。

3.3 隔震支座面壓計算方法

通常而言，隔震支座會長時間的承受上部結構的重量。在地震出現時，隔震支座會出現較大程度的水平位移問題，并且還需會承受地震力與上部結構的重量等的作用。由于低層建筑結構的位移與水平荷載作用較小，對整個建筑結構產生的影響也較小。但就建筑而言，水平荷載與豎向荷載都是開展建筑結構設計的重要因素。由于水平荷載會導致建筑結構出現傾倒力矩問題，所以建筑結構應該注意不斷提高其抗震能力與承載能力，從而為居民提供較好的生活條件。就疊層橡膠支座而言，水平位移能夠使得其承壓面積減小，從而使得其承載能力不斷降低。

4 隔震技術在建筑設計中的應用

4.1 建筑物地基應用特殊材料隔震

一般而言，建筑工程基層隔震是對建筑工程的基礎部分通過相應的特殊處理，來使得地震發生時的地震波有效降低，從而使得地震對建筑物的破壞影響有效減輕。傳統的方法通常是在建筑物的基礎部位直接設置上粘土墊層或者砂子，或是交替鋪設粘土和砂子。除此之外，部分學者使用糯米當做原材料，在建筑工程的基層部位設置上墊層，從而使得地震對建筑工程的破壞降至最低。當前階段在這一方面已經取得了新的進展，運用瀝青當做原材料制造出了新的特殊材料，將這一特殊材料應用到隔震層設置之中，能夠取得更好的隔震效果。

4.2 建筑結構的層間隔震措施

所謂的層間隔震就是指隔震和結構抗震相結合的一種措施，其是于原來的建筑結構之上裝設由隔震支座構成的耗能減震裝置，在地震發生的時候，耗能建筑機構能夠將地震能量吸收并消耗掉，從而有效降低結構的地震反應。這一方法一般會應用于舊房改造之中，在工程施工方面具有簡單、已操作的特點。較之于在建筑物基礎部位安裝隔震裝置的方法，層間隔震雖然沒有非常顯著的效果，減震的范圍也較為狹窄，但是其也有一定的優勢。雖然層間隔震效果較之于基礎隔震并不突出，但是，其可以通過原結構的隔熱層與加層，開展科學的改建，從而使得建筑減震功能得以有效實現，這一方法操作簡單，隔震裝置通常應用橡膠支座。

4.3 多質點隔震體系

建筑結構中的高層建筑往往高度和寬度都偏大，而上部結構的層間剛度則偏小。發生地震后，上部結構的運動狀態變化，產生剪切變形。而高層的建筑震結構可近似當作一個多質點體系。由動力分析模型可以得出：上部結構的地震反應在第i層的方程為：xi=xgxbxsi；隔震結構的運動計算式為：

式中：m0為結構底板的質量；m1，…，mn為各層的結構質量；C為阻尼；K為水平剛度；xsi為上部第i層結構對底部的速度、加速度、水平相對位移反應；xg為地震中的地面加速度、位移、速度；xb為底部和結構基礎的速度、加速度和水平相對位移。

4.4 基礎隔震裝置的耐久性

一般建筑的使用壽命約為50年，而隔震支座的使用年限遠不止50年，如澳大利亞某個鐵路橋的建設所采用的隔震裝置是橡膠支座。已經經過了百年，但其老化的程度并不高。當前，大多數橡膠隔震支座位都增加了抗老化劑及外圍保護劑等，其使用年限甚至有可能超過房屋建筑的使用年限，并且即使在既定的使用年限中需要更換或者優化支座，操作難度也不大，可見隔震裝置的耐久性較強。

5 結束語

綜上所述，隔震技術相對于傳統的抗震技術設計而言，更加具有可操作性，效果更佳。隔震技術在確保建筑結構的安全穩定的基礎上，能夠有效的減少建筑工程造價成本，提高經濟效益。在建筑結構中，雖然我國已形成了較為完善的隔震技術，但其中仍然存在一些問題急需解決，因此有必要及時處理這些關鍵性問題，加大隔震技術在建筑結構中的應用，從而提高建筑結構的抗震能力和水平。

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