浅谈建筑结构防震技术

摘 要：建设稳固安全的抗震建筑是降低地震后人员伤亡率的重要手段，而建设稳固安全的抗震建筑必须加强对建筑结构防震技术的研究。文章从多方面对“刚性抗震”与“柔性防震”等建筑结构防震技术进行了认真的分析，为建筑结构防震技术人员提供了参考。

关键词：建筑结构；防震技术；刚性抗震；柔性防震

在地球上，地震是不可抗力引发的自然灾害之一，常常会给人类带来巨大的人员伤亡与经济损失。许多年来，世界各国都在想方设法防止和减轻地震灾害。尽管现代科学技术已经进入了快速发展的时代，但由于地球内部结构的复杂性和地壳运动大大提高地震的难以预测性，目前，我们仍然无法预测地震，自然也无法完全避免。地震导致的人类直接伤害非常小，但是由地震引发的海啸、泥石流、山体滑坡、建筑损坏等危险因素，常会导致巨大的人员伤亡[1]。尤其值得注意的是，在现代城市发展的过程中，以砖石、钢筋混凝土以及高层建筑结构为主要结构形式的现代建筑越来越多，生活区非常密集，这样，在地震引发的建筑物破坏或倒塌时，产生的次生灾害常常导致大量的人员伤亡。可见建设稳固安全的抗震建筑是非常重要的。

1 建筑结构防震技术的类型

目前，在建筑结构防震技术中最常见的技术主要有两种类型，一种类型是传统的“刚性抗震”，就是通过提高建筑结构的强度，达到抗破坏能力目的的设计方法。在这种设计前提下，设计师可以通过提高建筑结构的强度，提高结构的抗变形能力，同时还可以通过塑性设计，达到提高结构延性以及防倒塌的能力。另一种类型是“柔性防震”就是消能减震以及隔震技术，通过这两种技术将冲击从“硬抵抗”转为“软消除”[2]。“隔震”就是将地震进行隔离，就是在建筑物的基础部位、底部或者上下部结构间设置阻尼装置、隔震器等设备组成的能够进行整体复位的隔震层，其目的是为了延长整个建筑结构系统的固有振动周期，降低对上部结构地震能量的输入，进而达到防震的目的。消能减震指的是结构设置能量耗散装置，通过能量耗散装置的相对变形和能量耗散提供附加阻尼，消耗输入结构能量，进而达到预期的防震要求。“柔性防震”的这两种设计类型都是通过特殊的装置，减少输入到结构中的地震能量，降低地震对建筑物的影响以及上部结构对地震能量的响应，达到防震的目的。

2 两种建筑结构防震技术比较

2.1 刚性抗震技术

对于钢筋混凝土建筑结构，目前世界上大多数国家主要采取“刚性抗震”设计，通过增加抵抗侧向力的组件（如增加梁、柱截面）；改善混凝土等级以及增大配筋等方式提高建筑的刚度与延性，进而达到抗震的目的。但是，这种方法存在着一定的缺点：①建筑的刚度越大，在发生地震时引发的地震加速度越大，受到地震的作用更强。②无论建筑的刚度有多大，在强烈地震的作用下，抵抗力是非常有限的，仍然会受到极大的影响，很难保证在强烈地震的影响下不被破坏，只能做到不倒塌。

2.2 柔性防震技术

2.2.1 隔震技术

我国隔震技术的应用相对较晚，2010年的抗震规范中将橡胶隔离支座作为隔震技术列入，并且同时指出，隔震技术能够应用于低层或者多层的建筑之中，由于橡胶隔离支座在抗拉屈服强度上相对较低，必须对非地震作用下的水平荷载进行限制，在硬土场地中比较适合各种建筑的建设。

在发生强震的情况下，隔震层是隔震建筑发生变形的主要部位，隔震通常能够使上层建筑水平方面的地震加速度效应大大降低，进而有效减轻或者消除建筑结构的损坏。在当前，世界各国使用的隔离支座主要有两种类型，即滑动隔震支座与橡胶支座。在橡胶支座中，叠层橡胶支座的应用率高达90%以上。目前，隔震技术已逐渐成熟，理论与实践证明，隔震技术无论在抗震性能上，还是在经济性上，都相对具有优势。但是，隔震技术也有自身难于克服的缺点：（1）隔震技术只能有效降低水平方向的地震作用，而无法有效降低竖直方向的地震作用；（2）隔震层中配置的设备配管与配线必须采取柔性连接的方式或者采取其他方式进行连接，以避免在发生强烈地震情况下因水平位移导致的损害，这样就增加了建筑的造价[3]。

2.2.2 消能减震技术

通过附加耗能阻尼器的非线性迟滞阻尼或阻尼器减少能量消耗降低地震对结构造成的影响，以保护主体结构不被损坏或只是发生较小的损坏。能量耗散组件主要由能量耗散器、墙体、斜撑梁等构件组成。能量耗散器主要有位移相关型能量耗散器、速度相关性能量耗散器等类型。位移相关型能量耗散器主要有金属屈服能量耗散器与摩擦能量耗散器；速度相关性能量耗散器主要有黏弹性能量耗散器与黏滞性能量耗散器。

消能减震技术具有诸多优点：（1）能量耗散组件不支撑结构，即使在地震时能量耗散组件发生塑性变形，也不会对结构的承重情况造成影响，这样，主体结构就等于受到了非结构构件的保护，并且能量耗散组件和隔震支座相比更容易更换；（2）消能减震技术还不会受到结构类型的限制，适合各种各样的延性结构，可用于新建的建筑和抗震加固建筑。（3）使用消能减震技术可以有效地降低地震作用下结构的位移以及加速度响应。研究发现，只要能够将消能减震装置应用于结构，不但能够有效降低地震时结构的地震反应，同时还可以大大降低地震对结构造成的水平方向以及竖向的作用，这就是消能减震技术区别于隔震技术的特征[4]。

在结构设计上，隔震技术与消能减震技术还存在另外的区别，例如，在计算使用隔震技术上部结构的抗震计算时，可以按照降低以后水平方向影响系数的最大值进行计算，也就是说，计算水平地震的地震烈度时可以按照水平方向的减震系数降低1.5°或者0.5°进行计算。使用消能减震技术进行抗震计算时就不能降低地震的烈度。此外，相关规范还规定无论是使用隔震技术还是效能减震技术设计的结构，其上部结构采取抗震构造的措施能够适当降低，但是降低的幅度必须小于1°。

3 建筑结构防震技术推广中存在的问题

尽管建筑结构防震技术已经逐渐应用于各种类型的建筑之中，但是作为新技术，建筑结构防震技术尚处于研究与完善阶段，无论是安全性还是适用性尚需进一步研究。尽管相当多的设计师以及使用人员对建筑结构防震技术的认同度逐渐提高，但是其熟练程度以及科学运用的水平亟待提高。同时，在建筑结构中应用建筑结构防震技术势必会提高建筑结构的造价。

4 结束语

总之，随着科学技术的发展，建筑结构防震技术已经逐渐走向大中小城市，在应用过程中结构设计人员必须对建筑结构进行认真的分析，准确把握设计所需各项条件，认真研究设计方案，只有这样，才能真正设计出抗震性能优良的现代建筑。

参考文献

[1]王景龙.谈对建筑结构防震抗震的探讨[J].中国科技博览，2010，8：318-318.

[2]陈明军.混凝土建筑结构抗震的加固技术分析[J].金田，2012，8：280-280.

[3]杨建江，林杨.某教学楼抗震加固及结构形式改造[J].建筑结构，2011，8：153-156.

[4]贺云. 建筑物受震破坏的原因分析及现有房屋的抗震加固措施[J].河北职业技术学院学报，2011，4（3）：41-43.

作者简介：刘保战（1981，6-），男，汉，山东省金乡县，中级工程师，华东管道设计研究院。