建筑结构设计中隔震减震控制技术的应用

岳 啸

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031)

0 前 言

地震是破坏性非常强的自然灾害之一，一旦发生，会给人们的生命和财产安全带来巨大的威胁，因此，在建筑结构设计的过程中，必须考虑到地震作用的影响，要使建筑体具有较强的抗震性能。当前阶段有关抗震规范中对建筑结构的抗震性能做了明确的要求，就是要能够做到小震不坏、中震可修、大震不倒，为了实现这样的抗震目标，有关部门加大了对建筑抗震方面的研究力度，主要的抗震设计原则如下：对建筑结构的刚度进行适当的把控，部分建筑构件在地震发生时允许进入非弹性的工作状态，这样就能够使整个建筑结构具有较强的延性，能够达到裂而不倒的目的。但是这种传统的抗震设计方法存在非常多的缺陷，如果发生超出抗震设防烈度的地震时，整个结构的安全性是无法得到保障的，因此，为了适应新建筑形式的抗震需求，隔震减震控制技术应运而生。

1 建筑结构设计中隔震减震基本原理

随着建筑行业的快速发展，传统的建筑结构抗震设计已经无法满足当前阶段的抗震需求，为了提高建筑结构的抗震能力，加强对新型建筑抗震技术的研究力度，一种以减震、隔震为手段抗震设计思想，得到了快速的发展，同时也被广泛地应用到建筑施工中。对于减震技术来说，其主要原理就是在建筑结构内安装附件装置或者是子结构，通过这样的装置能够将地震发生时产生的能量向上层结构进行传递，从而能够达到阻隔能量的效果，在传递能量的过程中，可以通过结构之间的反作用力来减少上部结构的地震反应。对于隔震技术来说，其主要原理就是将隔震支座以及阻尼器等装置安装在建筑物上部结构与基础结构之间，从而在一定程度上使建筑结构的周期延长，使阻尼增大，这样就能够使地面运动在向上部传递的过程受到阻碍，从而使上部结构受到地震作用的影响大大降低。当前阶段，使用最多的就是消能减震技术，就是通过将消能装置设置在房屋结构内部，并在适当位置加装阻尼器，从而得到降低或者消除地震反应的作用。

2 建筑结构的隔震技术措施

2.1 建筑物地基使用特殊材料进行隔震

在建筑物基础隔震工作开展的过程中，最关键的就是要将隔震层变成一个柔性的底层，这样在地震灾害发生时，就能够对地震波起到一定的削弱效果，从而能够使地震释放出来的能量减少，降低地震对建筑物的破坏。传统的建筑抗震中，是通过在建筑的基础部分交替铺上砂粒以及黏土，或者是通过直接铺上黏土以及砂粒垫层的方式来起到一定的隔震作用。利用这些材料来对建筑物的地基抗震进行处理，能够起到的抗震效果是非常小的，随着科学技术的发展以及新材料的出现，相关部门在这方面的研究取得了突破性的进展，并且以沥青为原材料来作为建筑物地基隔震层的填充材料，取得的隔震效果也非常好。

2.2 建筑物基础设立隔震设施减震

该隔震方式是通过在建筑物基础以及上部建筑之间设立特殊的设备，来达到一定程度的隔震效果的，通过这种隔震设置方式，能够对地震的向上传送起到一定的阻碍作用，从实际情况来看，最高可使地震发生之后向上部建筑结构传送的能量降低2/3，但是这种隔震方式在实际使用中也存在着一定的弊端，就是由于该设备会导致建筑结构本身的自振周期延长，因此，不适用于高层建筑的抗震设计中。当前阶段常见的隔震形式有粘弹性隔震、摩擦滑移式隔震，常见的隔震装备有橡胶垫和橡胶板等。

2.3 建筑物层间隔震技术措施

建筑物的层间隔震在旧房改造工程中最为常见，该隔震技术施工方便、操作简单，与建筑物基础部分设立隔震装备相比来说，层间隔震技术的应用，在建筑抗震方面产生的效果并不明显，其减震贡献值大约能够达到10%～13%。建筑物层间隔震技术的实现，主要依赖的是建筑结构各层间安装的减震装备，通过该减震装备来对地震能量进行吸收，从而达到削弱地震强度的目的，使其给建筑结构带来的影响进一步地降低，在建筑层间处设置的装置与基础隔震的装置大致相同。

2.4 建筑物结构悬挂隔震

所谓建筑物结构的悬挂隔震，就是将建筑物的部分或者是整体结构悬挂起来，这样的话，在地震发生时产生的能量就无法传输到悬挂结构中，从而能够避免地震给整个建筑结构的稳定性与完整性带来的影响，能够起到非常有效的抗震效果。该技术常应用于大型的钢结构中，对于大型的钢结构来说，其主要是由主框架结构和子框架结构组成的，在整个悬挂体系中，子框架是通过锁链悬吊在主框架结构上的，因此，在地震来临之时，主框架就会随着地壳的运动而不停地摇摆，当地震能量传递到锁链或者是吊杆部位后，就会被削弱，就无法继续传送到子结构中发生惯性力。

3 消能减震技术

消能减震技术就是通过提升结构的附加阻碍，来降低地震对建筑结构产生的地震力反应，消能减震技术在当前阶段的应用范围非常广，不仅能够在新建建筑物中使用减震技术，还能够应用于老旧建筑物的抗震改造中，同时既能够应用在钢结构中，又能够应用在钢筋混凝土结构中，除此之外不仅能够应用在建筑的上部结构中，还能够应用在建筑基础的隔震层中，能够发挥出非常好的隔震效果。

消能减震技术的本质就是利用特殊的机构或者元件，来对地震发生时产生的能量进行消耗与吸收，以此来使建筑主体结构的稳定性得到可靠的保障。相对于传统的抗震结构设计来说，消能减震技术有着更好的抗震消能效果，由于消能元件通常情况下是与建筑的主体结构连接的，因此，消能结构大多数情况下都会被当作建筑主体结构中的一部分，由于无法完全防止建筑主体结构出现弹塑性变形，因此，无法完全依赖于延性结构的相关理念，从另一个角度来分析，减震消能就是通过增加结构阻碍来起到抗震作用的一种特殊方法。

消能减震技术的实际作用与消能设备有着一定的关联，当前阶段市场上消能设备的种类非常多，常见的有塑性消能器、形状记忆合金阻碍器以及摩擦阻碍器等，因此，为了使消能装置的作用得到充分发挥，需要结合实际情况以及消能装置的特性，对消能设备进行科学的选择。

4 建筑结构设计中常用的减震技术

4.1 新建建筑物的结构设计

随着时代的发展和社会的进步，人们的生活质量得到了大幅度的提升，对居住环境的质量和安全都有着更高的要求。众所周知，地震一旦发生会带来非常大的危害，会对城市的发展、人们的生命和财产安全带来巨大的威胁，因此，越来越多的人开始重视建筑结构的抗震和减震设计。为了取得更好的建筑抗震效果，在对建筑基础部分进行设计时，不仅需要对其进行特殊抗震处理，还要能够增设一些消能装置以及相关的元件，来提高建筑基础部分抵抗地震的能力，从而尽可能降低地震对建筑基础带来的影响。这些减震设备和组件，就是为了提高建筑体的抗震能力，但是其抗震效果略差于隔震层。

4.2 对建成建筑物的抗震加固

在建筑物的抗震结构设计工作开展的过程中，在正式开工之前，要能够按照抗震设计的规范要求，开展针对性的设计工作，为了使抗震设计方案的效果充分发挥出来，要能够在建筑施工开展的合适阶段，在建筑的一些重要部位处安装特备的隔震设施，否则就无法使隔震设备的性能得到充分的发挥。在建筑建成之后，要想使其抗震性能得到进一步的提高，就要采用增多阻碍的方式，在建筑的主体结构上加装一些消能装置，同样能够起到非常好的抗震加固效果。

5 结束语

随着建筑行业的快速发展，建筑的抗震设计也取得了巨大的突破，其抗震能力也得到了大幅度的提升，其中隔震减震技术更是得到了大范围的推广应用，随着建筑形式的多样化，对抗震能力会有着更高的要求，因此，在未来的发展中，仍然需要加大对建筑抗震设计的研究力度，要能够在现有技术的基础上进行进一步的优化，推动建筑抗震设计工作的快速发展。

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