建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中隔震減震措施探討

王 岑 (中國聯(lián)合工程有限公司 浙江 杭州 310056)

地震是一種自然現(xiàn)象,全世界每年大約發(fā)生500萬次地震,大多數(shù)地震都需靈敏的儀器才能測量到,而人能直接感知的大約占1%左右。我國是多地震國家,地震區(qū)分布廣大,歷次大地震給人民生命財產(chǎn)帶來了巨大損失。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中隔震減震措施的應(yīng)用意義在于,能夠有效抵抗風(fēng)荷載作用,減少建筑物位移,建筑物所受來自結(jié)構(gòu)性地震的不利影響得以降低,能夠為建筑居住者的生命財產(chǎn)安全提供保障。因此,研究建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的隔震減震措施具有非常重要的意義。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計做好隔震減震的意義及現(xiàn)狀

1.1 意義

地震作為一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害,需要人們積極提升監(jiān)測防御水平。隨著地震災(zāi)害頻率的不斷提升,房屋建筑的抗震性能也成為人們關(guān)注的焦點。因此在土木結(jié)構(gòu)工程建設(shè)中,需要重視抗震設(shè)計環(huán)節(jié),并重視落實施工質(zhì)量,提升建筑的質(zhì)量,提升建筑的安全水平。在建筑工程設(shè)計中,科學(xué)的減震方案能夠增加建筑結(jié)構(gòu)的阻尼,減少建筑物在風(fēng)力作用下的位移問題,這種設(shè)計方式主要用于解決豎向地震帶來的影響。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中做好隔震體系設(shè)計,其原理是使結(jié)構(gòu)的自震周期得到延長,降低建筑結(jié)構(gòu)的水平地震力。通過實驗和調(diào)查可以發(fā)現(xiàn),隔震措施的合理應(yīng)用能夠降低水平地震出現(xiàn)的加速度反應(yīng),減少結(jié)構(gòu)性地震對建筑物本身的損害,從而保障人們的生命財產(chǎn)安全。

1.2 現(xiàn)狀

1.2.1 場地破壞

對于建筑而言,發(fā)生地震時地基最先受到影響。這種問題得不到及時控制,將會致使建筑物結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞。場地破壞與其他破壞相對于地基破壞情況較小,但后期修復(fù)與加固也存在一定的難度,因此地基的設(shè)計就變?yōu)榉浅Ｖ匾?/p>

1.2.2 結(jié)構(gòu)不穩(wěn)

對于土木工程而言,建筑物本身的結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定也會降低其承載能力。在地震等自然災(zāi)害面前,這種不穩(wěn)定造成的質(zhì)量問題會進(jìn)一步放大。由于地震的作用,土木工程結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生慣性力,在慣性力與其他阻力、抗干擾力的作用下,一旦超過建筑物本身的承載能力就會造成建筑物的損壞。造成這種問題的原因在于建筑施工建設(shè)階段的質(zhì)量沒有滿足實際需要,建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計與減震設(shè)計不合理,由于經(jīng)濟投入因素的限制,沒有對地震等危險因素進(jìn)行判斷,對自然災(zāi)害的預(yù)防能力較差。

1.2.3 次生災(zāi)害

通常情況下,由于地震災(zāi)害引發(fā)的次生災(zāi)害比如海嘯、山洪、泥石流、火災(zāi)以及毒氣污染等,對社會造成的損害也是人們需要重點關(guān)注的方面。因此在做好地震監(jiān)測的同時還應(yīng)該做好自然災(zāi)害的預(yù)報工作。這些災(zāi)害也是對建筑物穩(wěn)定性和質(zhì)量的一種考驗,因此在進(jìn)行建筑土木結(jié)構(gòu)設(shè)計時,還需要充分考慮次生災(zāi)害等因素對建筑物穩(wěn)定性的影響。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中隔震減震存在的問題

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中隔震減震措施存在的問題,一是抗震墻會對隔震減震支座造成影響;二是建筑物走向?qū)拐鸬挠绊?三是建筑結(jié)構(gòu)的選擇問題;四是墻體與防震縫設(shè)計問題。

2.1 抗震墻會對隔震減震支座造成影響

為進(jìn)一步提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性,需要盡量使減震隔震設(shè)計保持分散,降低地震時建筑傾覆力對支座的影響。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的實際情況,對于受力情況比較嚴(yán)重的一面需要設(shè)置好抗震減震支座,并控制好支座之間的距離,通常距離參數(shù)在2米以內(nèi),從而保證效果。

2.2 建筑物走向?qū)拐鸬挠绊?/h3>

地殼運動是地震發(fā)生的主要原因,因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時,需要對當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件進(jìn)行全面分析,從而進(jìn)一步明確震向?qū)ㄖ挠绊憽Ｕ鹣蛑傅氖堑卣疬^程中的地震方向,在建筑物建造過程中需要根據(jù)地質(zhì)狀況和震向,確定建筑物的走向,為保證安全穩(wěn)固性,通常需要使建筑物走向與震向相垂直,這種處理能夠進(jìn)一步降低建筑物坍塌發(fā)生的幾率。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)的選擇問題

建筑結(jié)構(gòu)的選擇對隔震減震效果具有重要影響,當(dāng)前主要采用橡膠支座的方式做好隔震和減震工作。在實際應(yīng)用時為進(jìn)一步提升隔震減震作用,需要使用重疊的橡膠支座,改善建筑主框架的避震能力,提高建筑物在地震發(fā)生時的安全性。

2.4 墻體與防震縫設(shè)計問題

對墻體的規(guī)劃和設(shè)計也是隔震減震的重要環(huán)節(jié)。具體而言,需要考慮好墻體的位置和墻體的厚度。防震縫的設(shè)計能夠改善建筑物的抗震能力,因此在具體工程設(shè)計中需要綜合考慮其長度和寬度參數(shù),從而提升總體的抗震性能。通過調(diào)查可以發(fā)現(xiàn),防震縫的設(shè)計并不普遍,只是在地殼運動比較活躍的區(qū)域設(shè)計應(yīng)用較多,并且抗震縫的長度和寬度參數(shù)設(shè)計本身也存在一定的技術(shù)難點,導(dǎo)致應(yīng)用水平不高。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的隔震減震措施

就當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中存在的問題需要做好以下幾個方面的工作:一是根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的實際情況,采取科學(xué)的隔震措施;二是根據(jù)建筑物的走向和當(dāng)?shù)氐恼鹣?設(shè)計相應(yīng)的抗震方法;三是在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中采取科學(xué)的減震措施;四是全面做好建筑物的體型設(shè)計工作;五是做好抗震試驗工作,提升抗震措施的有效性。

3.1 隔震措施

(1)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中,采用基礎(chǔ)隔震的方式效果較好,而基礎(chǔ)隔震措施通常會被應(yīng)用在形態(tài)規(guī)則的建筑物中。其隔震裝置主要分為鉛心橡膠隔震支座和疊層橡膠隔震支座兩個方面。

(2)層間隔震措施應(yīng)用的目的在于實現(xiàn)抗震環(huán)節(jié)和隔震環(huán)節(jié)的結(jié)合。其具體原理是在原有的基礎(chǔ)上安裝部分耗能減震裝置,改善抗震效果。

(3)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中合理應(yīng)用特殊材料能夠有效削弱地震波,降低地震造成的負(fù)面影響。傳統(tǒng)的設(shè)計會以砂子和黏土作為建筑材料,從而降低地震帶來的作用力。當(dāng)前在材料和技術(shù)的推動下,材料的選擇范圍越來越大,比如彈性隔震磚的應(yīng)用。同時采用全新的抗震技術(shù)也能提升建筑物的抗震性能。懸掛隔震模式也是常用的一種抗震設(shè)計模式,其工作原理是通過對建筑物重量的懸掛處理,降低對地面的壓力,減少地震發(fā)生時慣性力造成的影響。地震發(fā)生時,難以傳導(dǎo)到建筑結(jié)構(gòu)中,因此能夠很好地規(guī)避地震造成的危害。大型鋼結(jié)構(gòu)是懸掛隔震經(jīng)常應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu),合理應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)懸掛體系能夠最大幅度降低地震造成的危害。主框架模塊和子結(jié)構(gòu)模塊是隔震大型鋼結(jié)構(gòu)體系中的兩個重要部分,子結(jié)構(gòu)模塊共同發(fā)力,在抗震過程中發(fā)揮作用,降低地震造成的危害。

3.2 建筑物走向設(shè)計抗震方法

建筑物的走向也會影響地震的危害,因此在建筑走向設(shè)計時需要充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H地質(zhì)情況,做好設(shè)計前的調(diào)研與分析工作,精準(zhǔn)掌握當(dāng)?shù)氐卣鸬姆较?保證建筑物的走向與地震的震向垂直,最大限度降低災(zāi)害的發(fā)生。對于建筑工程而言,抗震設(shè)計和施工需要嚴(yán)格遵循相關(guān)的政策和規(guī)定,并對可能出現(xiàn)災(zāi)害的區(qū)域進(jìn)行綜合評估,根據(jù)評估的結(jié)果不斷完善抗震工作,從而更好地滿足建筑結(jié)構(gòu)對當(dāng)?shù)氐目拐鹦枨蟆Ａ硪环矫?在建筑場地的選擇上,應(yīng)該避免選擇軟弱的地基,還需要注意避免在地震帶區(qū)域選址。在項目正式開工前,需要全面做好當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件的分析,從而有效降低自然災(zāi)害對經(jīng)濟的影響,保證人們的生命財產(chǎn)安全。當(dāng)前的建筑物通常采用磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),不僅承載能力較好,同時也具備較好的抗震性能。在具體施工時,需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況科學(xué)選擇建筑結(jié)構(gòu)模式,從而全面落實工程建設(shè)工作,提升抗震水平。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的減震措施

與隔震措施不同,建筑物的減震措施指的是在建筑物的外面部分通過添加一定的零部件增加建筑物的阻力,增添的零部件能夠增加對外部能量的消耗,從而降低地震對建筑物本身的損害。建筑物的建筑元件種類較多,通常會使用阻尼和消能器兩種裝置。

(1)新建建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計中的減震措施。目前,自然災(zāi)害發(fā)生的頻率不斷提升,人們對房屋安全的關(guān)注度不斷提升,促使全新型建筑理念的出現(xiàn)。在現(xiàn)代社會需求中,人們對建筑結(jié)構(gòu)的抗震減震設(shè)計能力越來越重視。在建筑物施工建造的過程中,通常會對建筑物的基礎(chǔ)部分進(jìn)行特殊處理,從而降低地震帶來的危害。當(dāng)前應(yīng)用的減震裝置更多的是為了防范后期地震帶來的危害,彌補前期建筑結(jié)構(gòu)防震功能的不足。

(2)已建成的建筑物的抗震加固措施。在建筑物施工建設(shè)過程中,需要在施工開始階段采取相應(yīng)的減震措施,如果減震措施的應(yīng)用不及時,最終的結(jié)果往往難以滿足實際的抗震需要,增加了建筑物的風(fēng)險。對于建筑物而言,如果在建造完成后,再進(jìn)行相應(yīng)的抗震減震設(shè)計,建筑物的抗震效果會受到一定的影響。因此在建筑實際施工的過程中,需要適當(dāng)增加阻力和效能減震裝置,從而降低地震造成的危害。對于設(shè)計工作人員而言,需要提升對建筑結(jié)構(gòu)抗震減震設(shè)計的重視程度,全面分析工程項目特點,全面做好準(zhǔn)備工作,保證建筑物的抗震性能。

(3)保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時各部件的整體性,確保剛度重心與結(jié)構(gòu)材料中心相吻合。具體進(jìn)行建筑豎向設(shè)計時,可以適當(dāng)降低建筑物的剛度重心以保證平衡,降低結(jié)構(gòu)錯向發(fā)生的可能,同時控制好豎向高度、剛度、強度等因素,保證分布的均勻性;豎向設(shè)計時還要合理分布抗震縫,將建筑物的結(jié)構(gòu)平面劃分成簡單、規(guī)則的幾何體,繼而確保各項力均勻分布,不會對建筑物的外觀與使用產(chǎn)生影響,順利實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。

3.4 全面做好建筑物的體型設(shè)計工作

平面形狀設(shè)計和立體形狀設(shè)計是建筑物體型設(shè)計的兩個重要方面。通過調(diào)查研究可以發(fā)現(xiàn),如果建筑物本身的平面形狀不規(guī)則,比如存在明顯的凹陷或者凸起,在地震發(fā)生時更容易出現(xiàn)損壞。相對而言,對于平面形狀相對單一、比較規(guī)則的建筑物,地震發(fā)生時造成的影響較小,甚至不會造成建筑物的損壞。對此,在對建筑物體型進(jìn)行設(shè)計時,應(yīng)該優(yōu)先考慮更為簡潔的體型,具體包括圓形、長方形、正方形設(shè)計等形狀,避免建筑物設(shè)計存在凹凸部分,降低建筑物的抗震水平。另一方面,在對建筑物進(jìn)行體型設(shè)計時,還需要保證建筑物結(jié)構(gòu)的平衡,在兼顧建筑物藝術(shù)性的同時,保證建筑物的體型設(shè)計滿足要求,提升設(shè)計的安全性。

在土木工程項目中,土木工程地基位置的設(shè)計非常重要。因此需要根據(jù)建筑抗震設(shè)防類別和項目位置的地質(zhì)情況對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化,從而進(jìn)一步提升地基的承載能力。設(shè)計人員在開展工作前,需要充分了解土木工程設(shè)計的外部形態(tài)與剛性條件,從總體水平提高建筑物的抗震能力,減少地震災(zāi)害造成的損失。在具體設(shè)計中,保持均勻?qū)ΨQ是提升土木工程結(jié)構(gòu)抗震水平的核心。如果建筑墻體或者內(nèi)部的鋼構(gòu)件存在不對稱情況,整個建筑在地震的影響就會出現(xiàn)局部墻體損壞的問題,最終導(dǎo)致建筑物的總體變形。為有效避免這種問題的發(fā)生,需要做好抗震平面設(shè)計的優(yōu)化工作。對于常見的單元樓工程而言,在進(jìn)行抗震平面設(shè)計時可以采用垂直交通法將多個空間有機融合起來,尤其是需要保持所有的豎向交通在同一平面上,從而進(jìn)一步提升土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的剛度。

3.5 強化試驗,做好檢測工作

就當(dāng)前而言,我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作開展過程中依然存在一定的問題。許多隔震減震措施的應(yīng)用技術(shù)還不夠成熟,因此需要做好試驗工作,不斷優(yōu)化抗震減震措施,提升建筑物的安全水平。對于建筑物的隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計,模型計算是常用的一種方式,在具體操作時會采用分級試驗的方法,根據(jù)不同等級的地震,測試隔震措施的有效性,但這種方法只是考慮了水平方向的地震影響,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計存在一定的局限性。這種模擬試驗方式計算出來的參數(shù)與實際發(fā)生的地震存在較大初入。因此在進(jìn)行設(shè)計工作時,需要考慮多個因素的影響,根據(jù)不同的建筑物結(jié)構(gòu),采取不同的措施。對于隔震裝置的應(yīng)用而言,目前還存在一定的缺陷,對此相關(guān)工作人員需要做好監(jiān)測與措施的優(yōu)化工作,并充分利用現(xiàn)代技術(shù)的優(yōu)勢,為我國建筑行業(yè)的發(fā)展提供更多的助力。

地震災(zāi)害一旦發(fā)生,會有一定的持續(xù)時間,甚至很多地震還存在一定的往復(fù)作用,這對于建筑物會造成更加嚴(yán)重的破壞,造成建筑物承載能力喪失、變形、坍塌問題。因此在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時,需要妥善處理建筑物單元承載力之間的關(guān)系,有效設(shè)置好抗震防線,增強各個結(jié)構(gòu)的抗震水平,從而在地震發(fā)生時盡量減少損失。在這一過程中,抗震墻可以作為第一道抗震防線。在使用抗震墻時,盡可能多地使用橫向多跨結(jié)構(gòu)代替單跨結(jié)構(gòu),避免由于部分結(jié)構(gòu)遭到破壞影響整個建筑的承載力。另一方面,對于抗震防線設(shè)計而言,還需要積極堅持多層級性和完善性的原則,保證每個構(gòu)件的功能都能得到發(fā)揮,并做好連接點的重點保護工作。

結(jié)語

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中,隔震減震措施的設(shè)計是非常重要的內(nèi)容。對于不同的建筑物要充分考慮其特點和所在區(qū)域的地質(zhì)條件,制定完善的抗震策略,從而降低地震對建筑物的影響,推動我國建筑事業(yè)的穩(wěn)定、安全發(fā)展。