建筑結構設計中的隔震減震措施研究

劉 濤

(甘肅省工業與民用建筑設計院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

建筑工程項目設計中結構設計的重要性不容忽視，為了較好實現結構設計方案的優化，從隔震減震設計入手極為必要，建筑結構設計人員應該在明確項目抗震方面的具體要求后，采取相匹配的隔震以及減震措施，保障后續建筑工程項目結構體系可以具備理想的穩定性和安全性效果。當然，具體到不同建筑工程項目中，相應隔震以及減震措施的選用也存在較為明顯的差異，如此也就必然需要引起建筑結構設計人員重視，避免因為措施選擇不當或者是應用不合理，導致最終建筑結構抗震設計效果受損，因此相關研究極為必要。

1 項目概況

新建蘭州市城關區清華小學綜合樓，建設基地位于蘭州市城關區酒泉路，基地北側為南關清真大寺，南側為蘭州國面館，東側為老酒泉路，西側為新酒泉路，場地地勢平坦，交通便利。該建筑工程項目總建筑面積8 399.70m2，地上5 836.96m2，地下2 562.74m2，建筑基底面積941.88m2，容積率2.69，建筑密度43.35%；地上六層，首層架空，二至四層主要為學生用房，五、六層為教師用房，地下兩層，均為戊類庫房。建筑高度為23.85m,內外高差0.45m，首層(架空層)高度為4.5m,二至五層層高均為3.6m,六層高度為4.5m；全校共設12個教學班，每班45人，可容納學生人數為540人；結構形式為框架結構，抗震設防烈度為8度(0.2g)，使用年限50年，耐火等級為地上二級，地下一級。 屋面防水等級為Ⅱ級，地下室防水等級為一級。在該項目結構設計中，設計人員高度關注抗震設計任務，著眼于隔震措施以及減震措施進行了合理運用，最終確實也取得了較為理想的效果。

2 建筑結構設計常用隔震減震措施

2.1 隔震措施

在建筑結構設計中運用隔震措施時，設計人員應該首先明確可供選擇的要素， 進而針對不同要素進行針對性設計處理， 以便更好增強其隔震性能， 避免對于建筑結構穩定性產生干擾。 結合現階段建筑結構設計中可供選擇的隔震措施來看， 一般主要有以下幾種。

(1)地基隔震 建筑工程項目整體結構布置中，地基結構的重要性不容忽視，其作為直接針對地震作用力進行阻隔的首要結構層，確實發揮著重要隔震作用，應該由設計人員結合實際狀況進行優化布置。一般而言，為了促使相應地基結構可以形成較為理想的隔震性能，往往可以借助于軟粘土或者是砂墊層手段，力求在不影響建筑工程項目整體結構穩定性和承載力的基礎上，有效提升其對于地震波的吸收效果，避免建筑結構體系在地震作用下出現嚴重受損問題，成為建筑結構保護的重要部分。

(2)基礎隔震 針對建筑工程項目基礎結構進行隔震處理同樣必不可少，設計人員應該重點從基礎結構以及上部結構著手，根據不同隔震要求，合理設置隔震層，促使其能夠對于地下傳來的地震波形成較為理想的應對效果。當前比較常用的基礎隔震方式有基底滑移隔震、夾層橡膠墊隔震以及混合隔震等不同方式，設計人員不僅僅需要結合實際狀況予以優化選擇，同時還需要重點考慮到相應隔震裝置自身應用狀況，保障其能夠對于地震能量波予以有效減弱，由此針對建筑工程項目上部結構形成較為理想的保護，降低可能出現的破損程度。

(3)層間隔震 在建筑工程結構設計中運用隔震措施時，設計人員往往還需要高度關注層間隔震方式的應用，要求借助于層間布置的一些隔震裝置，促使其能夠對于地震能量波形成較為理想的吸收效果，由此達到較強的隔震效果。基于這種層間隔震技術的應用而言，因為其設計應用方式相對較為靈活，且布置同樣也可以兼顧所有樓層，如此也就必然可以促使其表現出更強的隔震性能，有助于實現地震能量波的反復吸收，由此針對建筑結構體系形成了較為理想的保護效果，明顯降低了其受損程度。

(4)懸掛隔震 建筑結構設計中隔震措施的應用還可以借助于懸掛隔震方式，這種懸掛隔震手段的應用主要是在建筑結構設計中靈活運用懸掛方式，促使其可以針對地震能量波形成較為理想的減弱效果，促使地震總體能量的傳遞作用受到明顯限制，如此也就必然可以較好形成隔震效果，對于建筑結構形成良好保護作用，尤其是對于建筑工程項目在地震作用下可能出現的明顯晃動問題，在該隔震措施的應用下能夠得到較為理想的緩解。但是懸掛隔震措施的應用難度相對較大，需要建筑設計人員針對建筑結構體系進行綜合分析，如此才能夠表現出較強的適用性，避免因為懸掛隔震設計不合理帶來其它隱患問題。

2.2 減震措施

建筑結構設計中減震措施的應用同樣也不容忽視，設計人員應該結合不同建筑結構在減震方面的應用特點和要求，選擇較為適宜合理的減震方式，以便更好實現地震危害程度的減弱。從當前建筑結構設計中常用的減震措施來看，主要有以下幾種。

(1)消能減震 建筑結構設計中應用消能減震方式較為常見， 其主要是借助于建筑工程項目自身結構附加阻力值的提升來達到減震目的， 要求確保耗能結構元件可以得到理想運用， 由此實現對于地震能量波的吸收， 形成良好的建筑結構保護功能。 基于這種消能減震措施的應用而言， 其往往表現出了較強的適用性， 不僅可以在一些新建工程項目中應用， 還可以在既有建筑工程項目中予以改造應用， 由此同樣達到了較為理想的消能減震目的。 消能減震措施不僅僅可以在鋼混結構中發揮積極作用， 在鋼結構中同樣也能夠形成良好作用效果， 整體結構體系的保護功能較為突出， 成為當前頗受重視的減震措施。 當然， 為了更好提升消能減震效果， 建筑結構設計人員往往還需要重點關注于恰當消能減震裝置的選用， 比如對于塑性阻力器、 粘滯阻力器或者是摩擦阻力器， 都應該進行深入分析， 結合建筑工程項目結構體系予以恰當選擇， 促使這些消能減震阻力器可以恰當融入其中， 進而對于相應建筑結構體系發揮出較為理想的保護功能。

(2)機械減震 在建筑結構設計中應用減震措施時，機械減震同樣也是比較重要的設計方式，設計人員可以借助于無粘結鋼支撐減震體系，促使原有建筑工程項目結構的抗震性能得以提升，相應地震能量波可以得到有效減弱。為了較好促使機械減震措施可以發揮出較為理想的作用價值，最為關鍵的就是構建建筑結構內部鋼支撐和外部包鋼管的不粘結性效果，由此形成較為理想的滑移結構，促使相應滑移結構能夠有效實現對于地震能量波的積極應對。當然，除了要求促使相應結構體系較為精準合理外，建筑結構設計人員往往還需要重點考慮到機械材料的恰當運用，保障相應機械材料不僅僅自身具備理想應用性能，還需要予以精細化設計，促使其可以和建筑結構體系形成協調關系，由此才能夠形成較為理想的減震成效。

(3)蹺動減震 建筑結構設計中減震措施的應用還可以借助于蹺動減震方式，其主要處理方式是在建筑結構中合理布置一些不緊固部位，如此也就可以借助于該部位的蹺動震動控制功能，達到較為理想的減震效果。從當前建筑結構設計中比較常用的蹺動減震設計方案上來看，針對建筑上部結構和基礎結構進行不緊固設計是比較常用的手段，其可以在該部位形成良好減震作用，進而對于建筑上部結構予以優化保護。另外，針對建筑結構中的一些關鍵柱結構以及支撐體系進行優化布置，促使其具備不緊固特點，同樣也能夠借助于這些關鍵部件來提升其減震效能，避免建筑結構體系在地震作用下受損明顯。

3 建筑結構隔震減震設計注意事項

3.1 明確設計依據

在建筑結構設計中應用隔震減震措施時，為了達到較為理想的優化設計效果，設計人員往往需要首先明確設計依據，進而才能夠對于后續隔震減震措施選用以及其它結構設計提供可靠指導。基于該方面設計依據的明確而言，建筑結構設計人員應該首先明確該項目的抗震設防烈度以及地震分級等基本指標，比如蘭州市城關區清華小學綜合樓項目的抗震設防烈度為8度；設計地震分組為第三組；建筑抗震設防類別：乙類；建筑結構抗震等級：二級；設計地震基本加速度值：0.20；水平地震影響系數最大值：多遇地震：0.16，罕遇地震：0.90；結構阻尼比：0.05。在明確了該方面基本指標的基礎上，也就可以針對后續隔震減震措施的設計選用提供指導。此外，為了更好促使相應隔震減震措施的設計運用更為適宜合理，建筑結構設計人員往往還需要重點明確自身應該遵循的基本規范和規程，比如《建筑工程抗震設防分類標準》GB50223-2008、《建筑結構荷載規范》GB50009-2012、《建筑抗震設計規范》GB50011-2010、《建筑抗震設計規程》DB62/T25-3055-2011等，都需要建筑結構設計人員予以積極關注，由此更好提升其設計準確度。

3.2 注重基礎選型

在建筑結構設計中落實隔震減震措施選用任務時，基礎選型是比較關鍵的手段，要求促使相應基礎結構可以具備理想的隔震效果，由此更好提升建筑結構保護作用。為了確保相應基礎選型較為適宜合理，建筑結構設計人員應該針對相應區域的地質狀況進行詳細勘察，以便在明確其具體構成狀況的基礎上，選擇適宜合理的基礎方式，由此更好優化隔震作用。比如在蘭州市城關區清華小學綜合樓項目基礎選型中，工程地質勘察發現該區域自然地面以下約4m～5m范圍內為雜填土和粉土，4m～9m范圍內為卵石層，約9m以下為砂(泥)巖層。地下水賦存于卵石層內。由于該工程地下二層埋深較大，地下水位在地下二層地面以上，為了更好提升基礎結構的隔震效果，故該工程基礎擬采用平板式筏形基礎，持力層為砂(泥)巖層。

3.3 注重結構選型

建筑結構設計中的主體結構選型同樣也是比較關鍵的手段，結構選型狀況直接和整個建筑結構體系的隔震減震效果掛鉤，要求建筑結構設計人員能夠予以綜合分析。因為不同建筑主體結構和地下結構的應用效果各不相同，在隔震減震方面更是存在明顯差異，如此也就需要建筑設計人員在保障建筑物功能價值得以滿足的基礎上，優先選擇一些隔震減震效果較為理想的型式。比如在蘭州市城關區清華小學綜合樓項目結構選型中，上部結構采用全現澆鋼筋混凝土框架結構，除辦公室、衛生間外，樓面板及屋面板均采用現澆鋼筋混凝土空心樓板；地下室采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構，除地下室周邊外墻為鋼筋混凝土墻(兼作剪力墻)外，地下室樓梯間墻體亦設計為鋼筋混凝土剪力墻。在上部結構的底部與地下一層的頂部之間設置隔震層(層高為1.5m)，隔震層的上柱墩與下柱墩間布置橡膠隔震支座，最終表現出了較為理想的隔震減震效果，有助于保障整個結構體系的穩定性。

3.4 優選結構材料

建筑結構設計中隔震減震措施的選用同樣也離不開基本材料的支持，如此也就需要注重切實優化結構材料的選用，以便規避來自于材料方面的不利影響和危害。因為建筑結構涉及到的材料類型眾多，任何一類材料出現偏差問題，都會嚴重影響到最終整體隔震減震效果，進而也就需要從全方位入手予以精細化把關控制，同時確保各類材料之間能夠具備較為理想的協調性和匹配度，由此切實解決材料方面的干擾問題。比如在蘭州市城關區清華小學綜合樓項目結構材料選擇時，主要涉及到了以下幾類材料：梁、板、柱的混凝土強度等級：C35～C30；基礎梁的混凝土強度等級：C35；圈梁、構造柱的混凝土強度等級：C25。鋼筋： HRB400級；型鋼、鋼板等：Q235B級。HPB300鋼筋焊接：E43系列；HRB400鋼筋焊接：E55系列。柱、框架梁及其他直徑≥22的鋼筋采用機械連接，接頭連接等級為I級，其他豎向構件內主筋直徑小于22的豎向鋼筋采用電渣壓力焊方式連接，梁內主筋采用對焊或電弧搭接焊接。砌體砌筑等級不低于B級。

4 結 語

建筑結構設計中隔震減震措施的選用至關重要，直接關系到建筑工程項目的抗震性能，要求建筑結構設計人員能夠基于自身要求以及實際狀況，恰當選擇隔震措施以及減震措施，以便更好保障建筑結構體系安全性。在此基礎上，設計人員還需要確保所有設計標準和依據得到貫徹落實，且基于基礎結構、主體結構進行優化選型，同時控制好所用的結構材料，進而最大程度上確保建筑結構體系的穩定性，保障其具備良好隔震減震性能，降低建筑工程項目在未來地震作用下可能出現的受損程度。