分析建筑结构隔震技术的研究和应用

文/王功江 辽宁省建筑设计研究院有限责任公司 辽宁沈阳 110005

1、建筑结构设计特点分析

首先，在水平荷载上。低层建筑的水平荷载作用、位移通常都比较小，也很少会给结构带来巨大影响，所以说，对于低层建筑结构设计来讲，竖向荷载是其应考虑的决定性因素。而对于高层建筑来讲，其结构设计的决定性因素则是水平荷载，同时竖向荷载也会给建筑结构带来较大影响。

其次，对于轴向变形来讲。对于目前楼层越来越高的建筑工程，其竖向荷载往往都会引发相应的轴向变形，同时也会给建筑连续梁的抗弯承载力带来不利影响，导致连续梁中间支座负弯矩值、跨中负弯矩值的不断降低，而建筑端支座的负弯矩值则会随之不断增加，进而对其建筑构件、构件剪力带来严重的负面影响，导致建筑结构出现严重的侧向变形，结构稳定性也会随之不断降低，特別是在楼高高度不断增加背景下，轴向变形的形成也会极为显著，进而无法给建筑结构的安全、稳定运行提供有力保障，因此，在具体设计中，对于轴向力值应给予着重考虑，并通过相应措施的科学实施来有效防止轴向变形现象的产生。

最后，对于侧向变形来讲。就目前的建筑结构设计来讲，特别是高层建筑，侧向变形已经逐渐成为其结构设计应考虑的关键因素，面对建筑楼层的不断增加，在水平荷载作用下，建筑结构的侧向变形速度也会不断提升，所以，在具体设计中，其建筑结构不仅要具有良好的强度、刚度，还要在充分保障结构承载力的基础上，拥有一定的抗侧刚度，以此来确保在受到水平荷载作用后，其建筑结构发生的侧向变形能够始终处于合理范围内，以此来为其安全使用性能提供有力保障。

2、隔震技术在建筑结构设计中的应用分析

2.1 建筑物地基采用特殊材料隔震

因建筑物不同选取的地基材料存在差异，这主要因为地震波反应的作用。可借助特殊材料面向建筑物地基实施处理操作，进而削弱地震波，以此来让减小震感。在以往的建筑物中，一般通过粘土与砂子完成基础部分垫层，再有人借助糯米垫层探索抗震，多年的发明探索和试验表明原料是沥青的这种新型材料开展隔震层设置对应的效果十分显著。

2.2 建筑结构基础隔震设计

在高层建筑结构设计中，基础隔震结构一般安装在楼层上部结构水平面宽度较小而楼层之间刚度较大、楼层高度在三十层以下的楼房建筑中。假如该楼房上部结构水平面宽度较大而不同楼层之间刚度又很小、楼层数量又较大，这时候的楼房上部结构就是多质点的隔震结构体系，需要采取相应的多质点隔震模型，而且另外还要想办法防止隔震结构出现扭转和发生倾覆等意外情况。

对于位于强地震带和高烈度地区的高层建筑要采用橡胶材料的隔震结构，因为橡胶隔震结构中的隔震支座在冲击波作用下会产生一定的拉应力或者发生轻微的非线性变形，从而保证高层建筑结构的整体安全和稳定。对于高层建筑结构的组合隔震体系而言，如果隔震层上部结构倾覆弯矩太大的话，发生的水平地震作用力就会使得隔震层转动起来，加大隔震结构在垂直方向的负载，那么该高层建筑隔震层就会发生较为突出的纵向变形。所以，在考虑高层建筑基础隔震结构的动力体系时，一方面要考虑到隔震结构的多质点平动受力，最好是采用多质点摆动加平动隔震计算模型，另一方面还要考虑到隔震结构的转动。

2.3 建筑物层间隔震措施

层间隔震这种方法主要适用于旧房改建，在施工方面具有简单、易操作的特點。与建筑物基础部分设置隔震装置的办法相比，层间隔震的效果不是非常明显，减震的效果可以达到1/10～3/10的范围，因为层间隔震的作用无法参与到建筑物的整体结构中，所以达到的隔震效果也较其他方法差一些。这种方法主要是依靠设置在建筑结构各层间隔的减震装置吸收或者削弱地震能量，从而减小地震对建筑物的危害，设置的装置基本与基础隔震的相同，二者的区别主要在于该方法应用于旧房的改建施工中，而上述方法主要应用于新建筑的施工中。

2.4 悬挂隔震

悬挂隔震是将建筑物的大部分或者整个结构悬挂起来，也就是通常所说的悬挂结构，这样，当地震来临时，地震的能量不会传递给悬挂起来的结构，从而达到减小地震损害的目的。这种隔震方式最常见于大型钢结构，大型钢结构总是采用钢结构悬挂体系，以此隔震。这种结构对于设计师的设计要求比较高，因为要将结构的主体框架和子框架的结合做到完美的结合，才能保证在地震来临时，子结构不受干扰。因为它的作用原理是，当地震来临时，主框架会随着地壳运动发生摇摆，但是子框架和主框架之间是能够活动的索链和吊杆，地震的能量到达这个部位的时候就会削弱，不至于传递到子结构产生惯性力，这种结构的优点是防震效果好，可以有效的阻断地震力对于建筑物的伤害，但是缺点是工程造价高，一般的住宅建筑不宜使用，因为大量的钢结构会大大增加建筑的成本。

2.5 新型隔震支座的研发

近年来，有学者提出对三维隔震的概念，即采用厚橡胶隔震支座，在保持橡胶总厚度不变的情况下，降低隔震支座的轴向刚度以达到减少垂直方向地震作用的目的。因此，三维隔震支座可应用于同时有效隔离铁路交通引起的振动、环境振动和地震震动的情况。对于三维隔震支座我国目前已有生产，今后将会逐步推广。

2.6 隔震支座的计算机模拟

依据有关规定，对工程所应用的隔震支座须进行材料和结构性能方面的测试，但随着新建隔震建筑数量的增多，规模的扩大，如果对全部隔震支座都进行材料和结构性能试验检验，然后包装运至施工现场进行安装工作，这样很容易因试验时间的延迟造成工程工期的拉长。因此，希望能够建构合适的计算机模拟测试方法。基于非线性有限元分析，研究隔震材料特性对隔震支座性能的影响，建立能模拟隔震支座实际性能试验检验的计算机分析程序。

结语：

综上所述，在建筑结构设计与隔震技术的应用过程中，我们要进一步分析建筑结构设计与隔震技术应用的要求，确保建筑结构设计与隔震技术更加富有效果，本文所分析的一些具体的措施和思路，可以为今后带来参考。