基于建筑結構隔震的技術研究

夏德新

中國水利水電第八工程局有限公司 湖南 長沙 410000

抗震等級是評價建筑工程質量和性能的一項主要指標。近幾年，我國建筑行業得到快速發展，人們也提高了對建筑工程整體質量的要求，建筑工程建設時，加強對隔震技術的應用與探討，確保建筑工程整體結構的穩定性，從而為人們提供一個高質量的建筑工程，滿足應用需求。

1 隔震技術概念與設計原理

1.1 隔震技術概念

建筑結構中的隔震技術就是通過在建筑工程中設計裝備，通過對其進行應用，達到隔離地震對建筑工程破壞力的作用。例如，將隔震支座設置在建筑工程的結構層或地層，通過軟化這一結構方式，實現以柔克剛，降低地震危害目的， 其在具體應用過程中，具有安全性高、防護能力強、造價低等多項優勢[1]。

1.2 隔震技術的設計原理

該項技術主要是在建筑底層或結構層設置阻尼器或橡膠隔震支座，通過對其進行應用，從而達到隔離地震帶來沖擊的目的，使建筑機構阻尼變大，增加建筑自振動周期，最大程度降低地震對建筑工程上部結構造成的危害，實現良好減震目的[2]。簡單來說，將隔震層設置在建筑工程中，可以起到較強緩沖作用，能夠減小地震對于建筑工程上部分結構沖擊力，從而提升建筑工程具體結構在應用時的防御力，減小地震對建筑工程結構的破壞。

2 建筑結構中幾種常見的隔震技術類型

2.1 橡膠隔震支座

橡膠隔震支座主要包括以下幾種類型：

（1）普通橡膠隔震支座

將普通橡膠隔震支座應用到建筑工程中，其在縱向受壓承載能力和水平變形能力上呈現出了較強的抵抗能力，在進行建筑工程中的普通隔震橡膠隔震支座制作時，需要采取交替方式處理薄鋼板和薄橡膠層，完成處理后，將其放在高壓高溫環境中，采取整體硫化方式進行處理，通過這一方式處理，能夠將橡膠層與鋼板合理結合到一起，讓兩者能夠保持緊密結合狀態，同時橡膠層的變形會受到的鋼板的約束，不會發生嚴重變形問題[3]。

（2）鉛芯橡膠隔震支座

制作鉛芯橡膠隔震支座過程中，工作人員在具體作業開

展時，應當將普通橡膠隔震支座作為基礎，通過對開孔注鉛方法開展施工作業，從減減少隔震層位移、降低地震作用、高阻尼的一種隔震結構，從而實現對建筑工程的保護，最大程度降低地震對建筑結構的破壞。隨著我國建筑行業的快速發展，人們加強對建筑工程相關內容的探究，在橡膠隔震支座方面積累了大量經驗，但是，對于支座的橡膠支座材料質量會性能等方面都有待改進，應對考慮將膠層與鋼板合理黏合到一起，科學選擇黏合劑與黏合工藝[4]。

采用的橡膠耐久性是影響橡膠隔震結構耐久性的一項主要原因，而氧化和蠕變反應也是影響采用橡膠耐久性的主要因素，向橡膠內加入抗氧化劑，能夠顯著提升橡膠隔震制作耐久性，同時，要保證采用的橡膠自身質量和耐久性能夠達到要求標準。從現階段我國建筑工程中采用的橡膠隔震支座的具體發展情況來看，其應用壽命長度能夠達到建筑工程的壽命長度，能夠滿足建筑隔震技術的具體應用需求。現代建筑行業針對普通橡膠隔震支座和鉛芯橡膠隔震支座（如圖1所示）相關內容的分析。

圖1 鉛芯橡膠隔震支座

從現階段的具體情況來看，研究主要集中軸向拉伸破壞、豎向剛度、水平剛度與阻尼等各項影響橡膠支座性能等多項內容上[5]。目前，我國針對橡膠隔震支座抗剪破壞試驗相關內容的研取得成果相對有限，針對相關產品標準內，針對橡膠隔震支座豎向極限受拉應力規律標準需要進一步提高。針對橡膠隔震支座分析期間，可以利用有限元分析法，從而彌補以 Haringx 理論為基礎進行分析為存在的不足，提高相關研究效果，實現對試驗成本的合理控制，降低經濟投入。需要相關研究人員注意的是，考慮到疊層橡膠制作構造機理與材料性能都較為復雜，針對問題的深入研究，可從以下幾個方面入手：

第一，加強對內部力學性能的分析，做好相應研究工作。第二，開展抗剪力學性能試驗研究，掌握其性能特點，為后續相關內容的研究提供支持。第三，加強對大直徑或超大直徑疊層橡膠支力學性能分析。第四，研究復雜應狀態下，疊層橡膠制作力學性能，與此同時，還要研究疊層橡膠制作力學性質在不同狀態的特性。

進行建筑工程中結構抗震設計期間，通常不需要對橡膠隔震制作進行大量分析驗算，只要通過分析，保證橡膠隔震制作各項指標內容都符合的相應附件要求即可，而對于橡膠支座應力與變形受可以滿足應力值，要做好相應驗算工作。

2.2 滑板式隔震支座

目前，應用在建筑工程中的滑板式隔震支座有石墨層接觸面、砂墊層接觸面、不銹鋼板接觸面等多種不同類型的滑移摩擦面，特別是 PTEE接觸面和不銹鋼接觸面的摩擦滑移制作與應用時，其性能穩定，能夠滿足應用需求。針對采用的不銹鋼摩擦板設施表面，可以采取拋光方式進行處理，完成相應處理作業后，施工人員要應當經過硬化處理后的樹脂涂抹在其表面，通過這一方式處理，能夠大幅度提高不銹鋼摩擦板耐磨性能，確保其能夠滿足應用需求[6]。目前，經過人們的研究，研發出了性能良好的全密封鎖位型的摩擦阻尼隔震支座，采用鋼板與聚四氟乙烯有機滑板，構成一種性能優異的多層摩擦滑板，通過對其進行應用，采取高度重疊方式，保證滑移位移能夠朝著不同摩擦截面均分散，此時，滑移面不需要進行外露預留。滑板式隔震支座（如圖2所示）是一種純摩擦滑動隔震裝置，其在應用時的優勢顯著，但是也存在一定缺點，主要表現就是發生地震后，會發生變形，處理起來難度大，難以通過自動方式實現復位，而且在隔震層遭受地震后，會發生嚴重變形問題，目前，人們已經研發出了能夠通過自動方式，實現復位滑板式隔震支座，并將其應用到了建筑工程中。

圖2 滑板式隔震支座

通過研發滑板式隔震支座摩擦系數可以發現，其摩擦系數將會隨著正壓力加大而不斷減小。而在摩擦系數速度不斷快的情況下，滑動摩擦系數也會加大，直到最終摩擦速度達0.15m/s，可會達到最終的設定滑動摩擦系數；隨著周圍溫度升高，滑動摩擦系數將會減小；通過對潤滑劑進行應用，能夠有效降低PTFE-不銹鋼接觸面摩擦系數[7]。建筑工程中的隔震結構在具體應用期間，容易發生傾覆失穩現象，要全面分析建筑結構依據自身自重是否能夠不出現傾覆問題，具體判斷依據就是，地震傾覆力矩要控制在抗傾覆力矩，如果依據自重無法保證結構穩定，要針對建筑工程中的支座和上部結構進行抗傾覆設計，通過對抗傾覆措施，從而使傾覆失穩現象能夠得到解決。通過對以往滑板式隔震支座在我國建筑工程中的具體應用情況來看，由于缺少相應產品相應標準和應用規范的支持，這將會導致滑板隔震制作應用到建筑工程中的作用與效果遭受一定約束。

2.3 摩擦擺隔震支座

摩擦擺隔震支座（如圖3所示）是一項具有復位功能的摩擦隔震系統，其應用能體現建筑工程性能，保證建筑工程穩定性，減少建筑工程結構遭受地震的破壞。將摩擦擺隔震支應用到建筑工程中，在凹曲面底盤內安裝滑塊布置，如果發生了水平位移現象，設置的滑塊將會由底盤曲面不斷朝著高處滑動，而受上部重力影響，滑塊將會通過自動方式向低處滑向，實現自動復位效果。建筑工程結構中設置的滑動面的曲率半徑與底盤曲面曲率半徑相同，同時，還要將PTFE 等低摩擦材料均勻涂抹在滑動面區底盤曲面，對于滑塊上面設計要依據曲面形式進行，確保滑塊頂板處水平滑動。與此同時，設置的支座剛度與底盤曲面曲率都會對摩擦隔震制作復位力產生直接影響。

圖3 摩擦擺隔震支座

相關工作人員研究摩擦擺隔震支座性能可以發現，其在具體應用期間具有的滯回性好、耐久性高等優勢，并且在溫度變化、長期荷載等各項因素影響下，仍然能夠保持穩定性、可靠性。通過結構隔震試驗能夠發現，通過對摩擦擺隔震支座進行應用，能夠適當延長建筑工程上部結構自振周期，降低地震對建筑工程上部結構的不良影響，體現出較高的穩定性和復位能力。同時，全面發揮摩擦擺隔震支座作用，能夠預防建筑工程中的結構損壞情況，而且能夠實現對設備、人員的有效保護。

3 建筑結構隔震技術的應用研究

3.1 建筑結構隔震設計規范

將建筑結構隔震技術應用到建筑工程中，為了保證設計合理性，必要嚴格依據規范進行設計，也就是在具體設計時，需要采取分離方式完成相應設計作業，適當引入減震系數，也就要對比分析結構樓層的樓層剪力和非隔震結構樓層剪力，依據最低比值完成減震系數設置。此外，針對高層建筑結構來說，在對其進行設計時，設計人員需要從實際情況出發，對比分析樓層傾覆力矩，得到兩者最大數值。在對建筑工程結構的減震系數進行確定條件下，應當將非隔著結構作為依據，針對隔震設計進行適當優化，同時，需要從建筑工程具體情況入手，精準計算，保證最終隔震設計的合理性、安全性。通過對建筑工程中的隔震結構與非隔震結構可以能夠承受的地震作用進行全面分析可以發現，前者在建筑工程中的承受地震作用分布均勻或者近似梯形，后者承受地震作用則呈倒三角或近似彎曲形狀，由此可見，隔震結構各層剪力和彎矩值都要小于建筑工程中的隔震結構[8]。對于建筑工程中的隔震設計，在計算時，為了確保最終計算結果準確性，要采取分離方式開展，學科采用先進軟件，完成設計作業，提高隔震設計成果，確保最終設計效果能夠達到預期。

3.2 結構設計期間要做好時程分析作業

計建筑工程中的隔震結構的減震系數期間，必須要確保采用的隔震支座計算結果準確無誤。近幾年，我國科學技術得到飛速發展，各種不同類型先進計算機軟件都被合理應用到隔震結構計算內，這為相關工作人員開展提供了更便利條件，而通過對程序進行應用，能夠提供不同連接單元，主要包括的內容有滑動隔震支座、普通橡膠支座、鉛芯橡膠支座等不同類型的連接單元，能夠滿足建筑工程中結結構設計在隔震設計方面的具體需求。

3.3 某學校宿舍對隔震技術的具體應用

3.3.1 工程概況

某建筑工程為學生宿舍，整體面積為8658m2，宿舍內人均面積約為8.35m2，整個建筑工程采用的為混凝土剪力墻，依據當地技術標準對建筑面積進行精準計算。對于學生宿舍來說，由于學生年紀較小，在宿舍生活期間，可能會出現跑動、打鬧等各項問題，會產生較大噪聲，因此，采取隔震技術需要兼顧隔音技術要求，保證最終建設的宿舍質量能夠達到要求標準。同時，在進行宿舍建設時，對于可能發生的地震問題要充分考慮，要確保在發生地震后，建筑整體結果后能夠保持穩定，如果地震形成的沖擊波引起的震動，導致樓板被震壞，將會破壞整個建筑工程結構穩定性，不僅會造成經濟損失，而且會發生人員傷亡。

3.3.2 隔震技術在建筑中的具體應用

針對該宿舍建筑，施工人員在對整個建筑情況進行全面分析基礎上，最終決定采取浮動式地臺的隔震技術建設宿舍。設計樓梯結構時，在中間層設置的減震層，或者在四壁結合部位進行分隔，確保地震發生后，建筑結構不會遭受嚴重破壞，地震結束后，經過簡單的修整，建筑物結構可以恢復原來位置，繼續應用。通過這一設計方式，如果樓梯受地震影響斷開，一方面能夠保證樓梯出現變形后，能夠保持相對理想寬度，另一方面也能夠保證樓梯與四壁能夠保持相對安全距離。此外，也可以嘗試在建筑四周設置可以自動移動面，采取設置減震部件方式，提高整個建筑結構整體穩定性。通過對浮動式地臺技術進行應用，能夠大幅度減少施工作業期間對宿舍建筑主體結構造成的沖擊，其基本結構包括：圍邊膠墊1.2cm、隔震墊5.0cm、浮筑層不得小于10cm。

4 建筑結構隔震技術的發展趨勢

4.1 開發新隔震體系與隔震元件

通過對現階段的技術來看，隔震系數和隔震支座都是主要構成內容，其性能會對隔震層性能產生直接影響，因此，在日后研究期間，要提高對隔震支座等各項材料的重視，加強研發，確保隔震技術作用能夠得到充分發揮。

4.2 提高經濟效益

為了進一步促進隔震技術的應用，使其能夠被合理、廣泛應用到建筑工程中，要加強對隔震技術的研究，盡量降低隔震技術的造價，采取定量、定性評估方法，在確保隔震結構安全、穩定基礎上，提高經濟效益。

4.3 完善隔震技術設計規范

隔震技術設計規范是不同地區的強行執行標準，而且充分體現了不同區域內隔震技術具體理論實踐。可見，在未來發展期間，隔震技術標準將會得到進一步完善，使其能夠被應用到不同建筑工程中，滿足應用需求。

5 結語

隔震技術已經成為現代建筑工程施工作業中不可缺少的一項內容，因此，相關工作人員要進一步加強對隔震技術的分析，做好相應研究，全面集合建筑工程具體情況，靈活應用，提高建筑工程整體安全性，延長其壽命。