建筑结构减隔震技术应用实践微探

张波

建筑结构减隔震技术应用实践微探

张波

地震主要是因地面运动，迫使地面原有静止状态的建筑物遭受动力作用而出现强迫振动，进而在结构内部出现内力与变形，通过动力学剖析发现，具体是指经由震害分析得以修正和补充，最终获得建筑物基于地震作用形成的反应机理和破坏形式，据此得出相应的计算方法和设计原则，具有良好的应用效果。

众所周知，一旦出现地震，将会带来严重的后果，危及生命与财产安全，为尽可能地减少财产损失，人们加大了在建筑减隔震方面的探究。本文首先简单剖析建筑减隔震结构，然后介绍减隔震当前的控制情况，最后探讨未来的主要发展方向。

建筑减隔震简析

通过增强结构件整体的变形能力和强度来制衡地震反应，可在较大程度上削弱地震，但这远远不够，还应探究减隔震装置，一旦出现地震，可让构件剥离于地震地面运动，以免有过多的能量传送至建筑结构内容，借此来实现对主体结构的有效保护。简单来说，结构减隔震除外可增强建筑物的整体抗震能力，也能够缩减工程造价，并可增加工程效益。

减隔震技术的中心思想为通过不同的方法使得建筑主体结构可与地面运动最大限度地分隔开。我们可借助结构延长来躲避地震周期，进而让微小的地震能量传送至建筑主体结构，以此来控制地震损失。经由相关研究发现，若结构周期延长，则结构位移会增加，进而对结构设计产生一定的挑战。同时，因结构柔性作用，还可能在基本状态下出现有害震动。为此，我们务必要全面管控有害震动，最大限度地规避不良变形。另外，还可提升阻尼作用，利用结构阻尼作用来吸收一定的地震能量，以此来削弱地震反应，增加结构的稳定性。

从减隔震技术的层面而言，一般可经由三个途径来提升减隔震效果，站在这三个途径能够把其划分成地基隔震、上部隔震和基础隔震，且同类型的隔震具有不同的特点，我们应区别看待。

减隔震当前的控制情况

积极抗震

通过震源产生震动，再经由传播途径传送至结构中，以此引发震动反应。针对不同阶段采取对应的震动方法，便形成了积极抗震，主要包含下述四点内容：

震源。消震为经由震源震动强度削弱来实现结构震动控制，然而因地震源无法确定，外加规模庞大，截止到当前，仍不具备可行的措施把震源强度降低到特定程度。

传播途径。隔震是利用某种装置把地震和结构隔开，其基本作用为削弱与调整地震过程的结构强度与方式，进而实现削弱结构震动这一目的。通常存在基底隔震与悬挂隔震这两种方法。

结构。被动减震为经由特定措施来吸收地震传送至主结构中的能量，以此来削弱结构震动。被动减震包含耗能减震、吸震减震以及冲击减震这三种方法。

反应。主动减震是依照结构自身的地震反应，经由执行机自主地为结构添加一定的控制力，以此来实现结构震动这一目的。

结构隔震和减震方法

相关研究最早着手于上世纪中期，随后快速发展。上述积极抗震法和传统消极抗震进行对比，主要具有下述优点：

削弱地震作用。可削弱地震作用，进而降低结构造价，增加结构的稳定性。同时，隔震方法还能够有效控制传送至结构中的极限震力，以此来填补结构构件设计环节无法精准明确载荷的问题。

控制地震变形。控制地震变形，让非结构构件免遭地震破坏，以此来缩减震后维修经费，以代表性的现代化建筑为例，非结构构件所占费用在房屋总造价中的比重达到了80%左右。

悬挂隔震。悬挂隔震让结构的所有质量都悬挂起来，致使地震无法传送至主体质量中，形成一定的惯性力，借此来达到隔震的目的。无论是在桥梁还是在火电厂锅炉架中，悬挂结构均得到了广泛应用。

基地隔震。在夹层橡胶垫隔震中，隔震装置所用橡胶垫块既可选取天然橡胶，还可选取人工合成橡胶，为加强垫块的整体垂直承载力与竖向刚度，通常利用橡胶片和薄铜板来制作橡胶垫块。

铅芯橡胶支座促使支座具有适宜的初始刚度，经由风载与制动力等不同作用保持优良的刚度，进而迎合正常使用标准，但出现强地震时，则装置开始柔性滑动，促使整个体系涌向消能状态。

在滑动支座自身的上部结构和基础之间安装相互滑动滑板。当风载和制动力减小时，则静摩擦力让上部结构稳稳地固定在基础中，当发生大震时，则结构水平滑动，削弱地震作用，同时，利用摩擦阻尼来消耗一定的地震能源。

未来发展方向

以往借助结构延性形成的抗震措施主要以某种损伤为代价来削弱地震反应，融入整合效能技术能够控制结构损伤，并可应用在不同的结构中，对应减震效果也很少依赖于地面运动特性，同时，耗资较少，值得推广。但我们应认识到的一点内容是增大阻尼在抑制结构位移反应与变形的环节会让结构绝对速度与加速度提升，进而对内部设备以及人员产生不利影响。

以短周期地面运动作用的中短周期结构为例，基础隔震所产生的减震效果和消能技术相比更加优良，然而，在地面运动输入中具有较强的敏感度，无法真正规避共振危险。另外，半上动控制与混合控制方法能够迎合不同的设防标准，在地面运动与结构不确定方面具有优良的适应能力，能够增加结构安全性，在整合智能元件后，整体的效果也更加优良，值得大面积推广与应用。

综上可知，建筑进行减隔震处理以后，即便遭遇地震，结构主体也不会发生任何破坏，我们仅需在震后及时调整支座高强螺栓与锚固钢挡板，以此来迎合小震不坏与中震可修等设计标准，这是一种可行、有效的解决办法，值得推广应用。

（作者单位：山东省建筑设计研究院）