建筑结构设计中隔震减震措施探讨

王 岑 (中国联合工程有限公司 浙江 杭州 310056)

地震是一种自然现象,全世界每年大约发生500万次地震,大多数地震都需灵敏的仪器才能测量到,而人能直接感知的大约占1%左右。我国是多地震国家,地震区分布广大,历次大地震给人民生命财产带来了巨大损失。建筑结构设计中隔震减震措施的应用意义在于,能够有效抵抗风荷载作用,减少建筑物位移,建筑物所受来自结构性地震的不利影响得以降低,能够为建筑居住者的生命财产安全提供保障。因此,研究建筑结构设计中的隔震减震措施具有非常重要的意义。

1 建筑结构设计做好隔震减震的意义及现状

1.1 意义

地震作为一种严重的自然灾害,需要人们积极提升监测防御水平。随着地震灾害频率的不断提升,房屋建筑的抗震性能也成为人们关注的焦点。因此在土木结构工程建设中,需要重视抗震设计环节,并重视落实施工质量,提升建筑的质量,提升建筑的安全水平。在建筑工程设计中,科学的减震方案能够增加建筑结构的阻尼,减少建筑物在风力作用下的位移问题,这种设计方式主要用于解决竖向地震带来的影响。在建筑结构设计中做好隔震体系设计,其原理是使结构的自震周期得到延长,降低建筑结构的水平地震力。通过实验和调查可以发现,隔震措施的合理应用能够降低水平地震出现的加速度反应,减少结构性地震对建筑物本身的损害,从而保障人们的生命财产安全。

1.2 现状

1.2.1 场地破坏

对于建筑而言,发生地震时地基最先受到影响。这种问题得不到及时控制,将会致使建筑物结构遭到严重破坏。场地破坏与其他破坏相对于地基破坏情况较小,但后期修复与加固也存在一定的难度,因此地基的设计就变为非常重要。

1.2.2 结构不稳

对于土木工程而言,建筑物本身的结构不够稳定也会降低其承载能力。在地震等自然灾害面前,这种不稳定造成的质量问题会进一步放大。由于地震的作用,土木工程结构会产生惯性力,在惯性力与其他阻力、抗干扰力的作用下,一旦超过建筑物本身的承载能力就会造成建筑物的损坏。造成这种问题的原因在于建筑施工建设阶段的质量没有满足实际需要,建筑结构的抗震设计与减震设计不合理,由于经济投入因素的限制,没有对地震等危险因素进行判断,对自然灾害的预防能力较差。

1.2.3 次生灾害

通常情况下,由于地震灾害引发的次生灾害比如海啸、山洪、泥石流、火灾以及毒气污染等,对社会造成的损害也是人们需要重点关注的方面。因此在做好地震监测的同时还应该做好自然灾害的预报工作。这些灾害也是对建筑物稳定性和质量的一种考验,因此在进行建筑土木结构设计时,还需要充分考虑次生灾害等因素对建筑物稳定性的影响。

2 建筑结构设计中隔震减震存在的问题

建筑结构设计中隔震减震措施存在的问题,一是抗震墙会对隔震减震支座造成影响;二是建筑物走向对抗震的影响;三是建筑结构的选择问题;四是墙体与防震缝设计问题。

2.1 抗震墙会对隔震减震支座造成影响

为进一步提升建筑结构的稳固性,需要尽量使减震隔震设计保持分散,降低地震时建筑倾覆力对支座的影响。根据建筑结构设计的实际情况,对于受力情况比较严重的一面需要设置好抗震减震支座,并控制好支座之间的距离,通常距离参数在2米以内,从而保证效果。

2.2 建筑物走向对抗震的影响

地壳运动是地震发生的主要原因,因此在建筑结构设计时,需要对当地的地质条件进行全面分析,从而进一步明确震向对建筑的影响。震向指的是地震过程中的地震方向,在建筑物建造过程中需要根据地质状况和震向,确定建筑物的走向,为保证安全稳固性,通常需要使建筑物走向与震向相垂直,这种处理能够进一步降低建筑物坍塌发生的几率。

2.3 建筑结构的选择问题

建筑结构的选择对隔震减震效果具有重要影响,当前主要采用橡胶支座的方式做好隔震和减震工作。在实际应用时为进一步提升隔震减震作用,需要使用重叠的橡胶支座,改善建筑主框架的避震能力,提高建筑物在地震发生时的安全性。

2.4 墙体与防震缝设计问题

对墙体的规划和设计也是隔震减震的重要环节。具体而言,需要考虑好墙体的位置和墙体的厚度。防震缝的设计能够改善建筑物的抗震能力,因此在具体工程设计中需要综合考虑其长度和宽度参数,从而提升总体的抗震性能。通过调查可以发现,防震缝的设计并不普遍,只是在地壳运动比较活跃的区域设计应用较多,并且抗震缝的长度和宽度参数设计本身也存在一定的技术难点,导致应用水平不高。

3 建筑结构设计中的隔震减震措施

就当前建筑结构抗震设计中存在的问题需要做好以下几个方面的工作:一是根据建筑结构的实际情况,采取科学的隔震措施;二是根据建筑物的走向和当地的震向,设计相应的抗震方法;三是在建筑结构设计中采取科学的减震措施;四是全面做好建筑物的体型设计工作;五是做好抗震试验工作,提升抗震措施的有效性。

3.1 隔震措施

(1)在建筑结构设计中,采用基础隔震的方式效果较好,而基础隔震措施通常会被应用在形态规则的建筑物中。其隔震装置主要分为铅心橡胶隔震支座和叠层橡胶隔震支座两个方面。

(2)层间隔震措施应用的目的在于实现抗震环节和隔震环节的结合。其具体原理是在原有的基础上安装部分耗能减震装置,改善抗震效果。

(3)在建筑结构设计中合理应用特殊材料能够有效削弱地震波,降低地震造成的负面影响。传统的设计会以砂子和黏土作为建筑材料,从而降低地震带来的作用力。当前在材料和技术的推动下,材料的选择范围越来越大,比如弹性隔震砖的应用。同时采用全新的抗震技术也能提升建筑物的抗震性能。悬挂隔震模式也是常用的一种抗震设计模式,其工作原理是通过对建筑物重量的悬挂处理,降低对地面的压力,减少地震发生时惯性力造成的影响。地震发生时,难以传导到建筑结构中,因此能够很好地规避地震造成的危害。大型钢结构是悬挂隔震经常应用的一种结构,合理应用钢结构悬挂体系能够最大幅度降低地震造成的危害。主框架模块和子结构模块是隔震大型钢结构体系中的两个重要部分,子结构模块共同发力,在抗震过程中发挥作用,降低地震造成的危害。

3.2 建筑物走向设计抗震方法

建筑物的走向也会影响地震的危害,因此在建筑走向设计时需要充分结合当地的实际地质情况,做好设计前的调研与分析工作,精准掌握当地地震的方向,保证建筑物的走向与地震的震向垂直,最大限度降低灾害的发生。对于建筑工程而言,抗震设计和施工需要严格遵循相关的政策和规定,并对可能出现灾害的区域进行综合评估,根据评估的结果不断完善抗震工作,从而更好地满足建筑结构对当地的抗震需求。另一方面,在建筑场地的选择上,应该避免选择软弱的地基,还需要注意避免在地震带区域选址。在项目正式开工前,需要全面做好当地水文地质条件的分析,从而有效降低自然灾害对经济的影响,保证人们的生命财产安全。当前的建筑物通常采用砖混结构和钢筋混凝土结构,不仅承载能力较好,同时也具备较好的抗震性能。在具体施工时,需要根据当地的实际情况科学选择建筑结构模式,从而全面落实工程建设工作,提升抗震水平。

3.3 建筑结构设计中的减震措施

与隔震措施不同,建筑物的减震措施指的是在建筑物的外面部分通过添加一定的零部件增加建筑物的阻力,增添的零部件能够增加对外部能量的消耗,从而降低地震对建筑物本身的损害。建筑物的建筑元件种类较多,通常会使用阻尼和消能器两种装置。

(1)新建建筑物结构设计中的减震措施。目前,自然灾害发生的频率不断提升,人们对房屋安全的关注度不断提升,促使全新型建筑理念的出现。在现代社会需求中,人们对建筑结构的抗震减震设计能力越来越重视。在建筑物施工建造的过程中,通常会对建筑物的基础部分进行特殊处理,从而降低地震带来的危害。当前应用的减震装置更多的是为了防范后期地震带来的危害,弥补前期建筑结构防震功能的不足。

(2)已建成的建筑物的抗震加固措施。在建筑物施工建设过程中,需要在施工开始阶段采取相应的减震措施,如果减震措施的应用不及时,最终的结果往往难以满足实际的抗震需要,增加了建筑物的风险。对于建筑物而言,如果在建造完成后,再进行相应的抗震减震设计,建筑物的抗震效果会受到一定的影响。因此在建筑实际施工的过程中,需要适当增加阻力和效能减震装置,从而降低地震造成的危害。对于设计工作人员而言,需要提升对建筑结构抗震减震设计的重视程度,全面分析工程项目特点,全面做好准备工作,保证建筑物的抗震性能。

(3)保证建筑结构设计时各部件的整体性,确保刚度重心与结构材料中心相吻合。具体进行建筑竖向设计时,可以适当降低建筑物的刚度重心以保证平衡,降低结构错向发生的可能,同时控制好竖向高度、刚度、强度等因素,保证分布的均匀性;竖向设计时还要合理分布抗震缝,将建筑物的结构平面划分成简单、规则的几何体,继而确保各项力均匀分布,不会对建筑物的外观与使用产生影响,顺利实现设计目标。

3.4 全面做好建筑物的体型设计工作

平面形状设计和立体形状设计是建筑物体型设计的两个重要方面。通过调查研究可以发现,如果建筑物本身的平面形状不规则,比如存在明显的凹陷或者凸起,在地震发生时更容易出现损坏。相对而言,对于平面形状相对单一、比较规则的建筑物,地震发生时造成的影响较小,甚至不会造成建筑物的损坏。对此,在对建筑物体型进行设计时,应该优先考虑更为简洁的体型,具体包括圆形、长方形、正方形设计等形状,避免建筑物设计存在凹凸部分,降低建筑物的抗震水平。另一方面,在对建筑物进行体型设计时,还需要保证建筑物结构的平衡,在兼顾建筑物艺术性的同时,保证建筑物的体型设计满足要求,提升设计的安全性。

在土木工程项目中,土木工程地基位置的设计非常重要。因此需要根据建筑抗震设防类别和项目位置的地质情况对设计方案进行优化,从而进一步提升地基的承载能力。设计人员在开展工作前,需要充分了解土木工程设计的外部形态与刚性条件,从总体水平提高建筑物的抗震能力,减少地震灾害造成的损失。在具体设计中,保持均匀对称是提升土木工程结构抗震水平的核心。如果建筑墙体或者内部的钢构件存在不对称情况,整个建筑在地震的影响就会出现局部墙体损坏的问题,最终导致建筑物的总体变形。为有效避免这种问题的发生,需要做好抗震平面设计的优化工作。对于常见的单元楼工程而言,在进行抗震平面设计时可以采用垂直交通法将多个空间有机融合起来,尤其是需要保持所有的竖向交通在同一平面上,从而进一步提升土木工程结构设计的刚度。

3.5 强化试验,做好检测工作

就当前而言,我国建筑结构设计工作开展过程中依然存在一定的问题。许多隔震减震措施的应用技术还不够成熟,因此需要做好试验工作,不断优化抗震减震措施,提升建筑物的安全水平。对于建筑物的隔震结构设计,模型计算是常用的一种方式,在具体操作时会采用分级试验的方法,根据不同等级的地震,测试隔震措施的有效性,但这种方法只是考虑了水平方向的地震影响,导致结构设计存在一定的局限性。这种模拟试验方式计算出来的参数与实际发生的地震存在较大初入。因此在进行设计工作时,需要考虑多个因素的影响,根据不同的建筑物结构,采取不同的措施。对于隔震装置的应用而言,目前还存在一定的缺陷,对此相关工作人员需要做好监测与措施的优化工作,并充分利用现代技术的优势,为我国建筑行业的发展提供更多的助力。

地震灾害一旦发生,会有一定的持续时间,甚至很多地震还存在一定的往复作用,这对于建筑物会造成更加严重的破坏,造成建筑物承载能力丧失、变形、坍塌问题。因此在进行土木工程结构设计时,需要妥善处理建筑物单元承载力之间的关系,有效设置好抗震防线,增强各个结构的抗震水平,从而在地震发生时尽量减少损失。在这一过程中,抗震墙可以作为第一道抗震防线。在使用抗震墙时,尽可能多地使用横向多跨结构代替单跨结构,避免由于部分结构遭到破坏影响整个建筑的承载力。另一方面,对于抗震防线设计而言,还需要积极坚持多层级性和完善性的原则,保证每个构件的功能都能得到发挥,并做好连接点的重点保护工作。

结语

在建筑结构设计中,隔震减震措施的设计是非常重要的内容。对于不同的建筑物要充分考虑其特点和所在区域的地质条件,制定完善的抗震策略,从而降低地震对建筑物的影响,推动我国建筑事业的稳定、安全发展。