隔震控制技术在建筑结构设计中的应用

张 楠

陕西财经职业技术学院 陕西 咸阳 712000

隔震控制技术主要是指在建筑物的基础和上层建筑的结构底部增设弹性隔震层，当地震灾害发生的时候，可以有效的降低损坏程度。《建筑抗震设计规范》中增设了隔震、降低能耗等内容，明确了隔震控制技术的应用价值。在建筑结构设计中，隔震控制技术可以通过在建筑结构与地基之间设置隔震装置，如橡胶隔震支座、钢球隔震支座等，有效减小地震对建筑的影响。同时，其还能显著减小地震对建筑的冲击力，降低建筑结构的应力和变形，并降低建筑的噪声和振动，提高建筑的舒适性。技术人员应重视对建筑结构的设计，并将隔震控制技术灵活应用其中，不断总结完善，进而实现建筑结构的最优化。

1 隔震控制技术概述

1.1 概念

隔震控制技术是一种工程技术，通过在建筑物基础设施中使用特定的隔震装置或结构设计，来减少地震或其他振动引起的震动和损害。这种技术的目标是保障建筑物和人员的安全，减少地震或振动对结构物造成的破坏和损失。隔震控制技术的基本原理是将建筑物或设施与地面或周围环境分离，通过隔震装置或结构承载和吸收地震或振动能量，以降低震动传递到建筑物或设施的程度。一些常用的隔震装置包括弹簧、油减振器、橡胶隔震垫等，它们可以减轻地震造成的震动传递，并减少结构物的振幅和加速度。隔震控制技术的应用范围广泛，包括高层建筑、桥梁、核电站、地铁、机场、大型工厂等。通过使用隔震装置或结构设计，在地震或其他振动发生时，建筑物或设施可以实现相对稳定的运动，从而降低了震动对结构造成的破坏，提高了安全性和可靠性[1]。

1.2 特点

隔震控制技术的特点包括：

1.减震效果显著：隔震控制技术采用一系列的减震措施，如隔震支座、隔震橡胶、减震器等，可以有效减小建筑结构受到的地震或振动能量，显著降低建筑物的震动响应。

2.灵活可调节：隔震控制技术可以根据设计需求和实际情况对隔震系统进行调整和改变，以适应不同场景和地震条件。可以根据建筑物的用途、重要性以及地震区域的特点进行合理设计和调整。

3.成本效益较高：虽然隔震控制技术的初始投资较高，但它可以大幅度减小建筑物或设备的损坏程度，降低修复和重建的成本。长期来看，隔震控制技术对于提高建筑物的抗震能力和减少人员伤亡具有较高的经济效益。

4.可与其他防震技术结合：隔震控制技术可以与其他的抗震技术相结合，如加固、抗震墙等，以进一步提高建筑物的抗震能力。通过综合运用不同的防震措施，可以形成多层次的抗震体系，提供更高水平的地震防护。

5.确保设备安全和运行效能：隔震控制技术可以有效减小地震或振动对建筑物内部设备的影响，保护关键设备的正常运行。尤其对于一些对振动敏感的设备、仪器或实验室等特殊场所具有重要意义[2]。

2 隔震控制技术在建筑结构设计中的应用分析

2.1 建筑隔震体系的组成

建筑隔震体系通常包括隔震器、阻尼器等。其中，隔震器是建筑隔震体系的核心部分，通常采用橡胶支座、摩擦摆隔震支座等。它们的作用是在地震发生时，通过增加建筑物的柔性，使得建筑物能够随着地震的震动而移动，从而减小地震对建筑物的破坏。阻尼器的作用是消耗地震能量，防止建筑物在震动过程中出现过度振动。阻尼器通常采用粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器等。抗拉装置和抗风装置主要用于增强建筑物的抗拉和抗风能力，保证在地震和风灾发生时，建筑物不会被拉倒或吹倒。柔性连接模块用于连接建筑物的各种构件，使它们能够协同工作，共同承受地震力和风力。柔性连接模块通常采用高强度的橡胶或弹性材料制成。钢筋混凝土结构是建筑物的主要承重结构，它的作用是承受建筑物的重量和地震力，并将这些力量传递到隔震器和地基上[3]。以上各部分共同组成了建筑隔震体系，通过它们的协同作用，可以有效地减小地震对建筑物的破坏。

2.2 隔震结构设计的方法

首先，在进行隔震结构设计时，技术人员应遵循一些基本的设计原则，如确保隔震结构具有一定的刚度，以抵抗风荷载和地震等外力作用；同时，隔震结构应具备适当的阻尼，以吸收地震时的振动能量，降低建筑物的动态响应。根据建筑功能、场地条件、经济性等因素选择适合的隔震方案。对于高烈度区，采用隔震技术经济性十分明显，上部结构设计方案比较合理，一般能节约3%到20%。其次，技术人员应选择合适的隔震器，常见的隔震器有橡胶支座、摩擦摆隔震支座等。根据建筑物的特点和地震反应谱，选择适合的隔震器类型和参数。为了增强建筑物的抗拉和抗风能力，技术人员需要在隔震结构中设置抗拉装置和抗风装置。根据降低后的水平地震影响系数计算上部结构设计，注意结构的高宽比不宜过大，一般控制在3以内比较好，不宜超过4。对高宽比大的结构，需进行整体倾覆验算，防止支座压屈或出现拉应力超过1MPa。再次，技术人员选择具有足够强度和韧性的柔性连接模块，以确保在地震发生时，建筑物能够随着地震的震动而移动，从而减小地震对建筑物的破坏。钢筋混凝土结构是建筑物的主要承重结构，它的设计需要考虑建筑物的重量、地震力以及隔震器的反力等因素。在设计过程中，应充分考虑隔震结构的特点，以确保在地震发生时，钢筋混凝土结构能够有效地承受力和传递力。为了确保其抗震性能，技术人员需要对下部结构进行抗震测试，并根据罕见地震的测试结果，对其抗震承载力进行评估。

2.3 隔震结构的计算分析

依据抗震规范的具体要求，我们可以构建两种计算模型：隔震模型、非隔震模型，并且选择相关数值的地震波，将地震影响系数的最大值、峰值加速度等作为设防地震的输入，选择在统计意义上符合要求的一样的地震波，采用时程分析方法，分别计算出每一层的剪力包络值。在高层建筑中，每一层间剪切力最大值为隔震层与非隔震层间剪切力值比。在隔震处理后，水平地震的影响系数可以达到，其中表示没有经过隔震处理的地震影响程度，表示经过调整之后的影响程度，通常值为0.80。减少可以有效降低设防的地震烈度，所以可以采用多遇地震振型分解反应谱法，这样能够合理的模拟普通抗震结构，进而获得更好的抗震性能[4]。通过一系列的处理之后，地震的烈度和加速度可以通过减震系数0.40进行精确的界定，而隔震结构的抗震等级则可以通过降低烈度来确定，最低的地震烈度要求不得低于6度[5]。施工人员根据优化后的结构设计进行施工图设计，确保隔震结构的合理性和安全性。

3 案例分析

3.1 工程概况

某项目1栋包括地上4层，长45.3m，宽11.2m，总高度18.5m，建筑面积约2050m2；2栋包括地上5层、地下1层，长45.3m，宽18.6m，总高度22.4m，建筑面积约5060m2。

3.2 隔震支座的参数

首先，技术人员应结合工程实际情况，采用基础隔震控制基础，选择对应的隔震支座。水平方向上减震系数为0.39，抗震构造设计可比规范低1度进行设计，水平地震影响系数按照0.08计算。规范要求，隔震橡胶支座的第一形状系数不低于15，第二形状系数不低于5，橡胶的硬度不低于40，12MPa下的位移量小于20.3cm（罕遇地震下的最大位移量）。在耐久性试验中，隔震支座的刚度、阻尼变化量应小于基准值的20%，徐变量小于支座内部橡胶总厚度的5%。最终，本工程选用的橡胶隔震支座包括 LRB500、LNR600、LRB600、LRB700、LNR700五种规格，其力学性能参数见表1。

表1 主要力学性能参数

3.3 隔震支座的安装

首先，技术人员需依据相关要求规范，明确设计方案，在隔震支座下部的框架柱上绑扎钢筋，在建筑结构上预埋螺栓，检查定位模板的水平度。其次，技术人员对隔震支座进行调整，依据表2的要求，确保偏差不要超出规定。技术人员对实际情况进行检验，合格之后方可使用细石混凝土浇筑，同时要避免螺栓套筒发生位移。

表2 安装精度控制要求

浇筑之后，技术人员应明确混凝土强度是否达到了预设值的85%，而后才能进一步操作安装隔震支座，用连接螺栓进行固定。如果在操作的过程中，绑扎钢筋与预埋螺栓的位置重合，则相关人员应及时上报，要求管理部门协商处理。技术人员应当注意，位于隔震层上方的框架柱和梁体在浇筑的时候，需要在隔震支座周围设置临时性的横向支撑，防止水平位移。

当隔震支座安装完成之后，技术人员需要对预埋件的外露部分进行防腐处理，涂刷富锌底漆+环氧云铁中间漆+聚乙烯面漆，漆膜的总厚度应超出0.15mm。隔震层上部结构与水平方向固定物之间的防震缝，其宽度不低于1.2mm；罕遇地震作用下支座的最大位移，与竖直方向固定物的隔离宽度应不低于20mm。在具体的施工过程中，施工人员还需观察隔震支座的位移量，并借助薄膜覆盖保护支座，检查上部结构与周围固定物的脱开距离，避免影响隔震效果。

3.4 隔震支座的维护

为了确保隔震支座的正常工作和延长其使用寿命，需要定期进行维护和检查。技术人员需要定期检查锚栓是否松动或缺失，如有问题应及时修复或更换；检查支座是否有明显的变形或损坏，如发现问题应及时进行维修或更换；检查橡胶支座是否老化、龟裂或破损，如有问题应及时更换[6]。同时，技术人员还需要定期清理支座周围的灰尘和杂物，以确保支座正常工作。检查支座与结构之间的连接是否牢固，如有松动应及时加固；检查填充物是否紧密，如发现有空隙应及时填充；检查支座是否生锈，如发现生锈应及时进行除锈处理。每次检查后，技术人员完整真实的记录检查结果和维修情况，以便日后分析追溯[7]。

4 结语

建筑工程技术不断发展，使得各类技术被优化应用。隔震控制技术作为不可忽视的一项，其能有效降低地震给建筑物造成的损害。技术人员应正确认识该项技术，发挥其应用优势，将其合理融入建筑结构设计中，确保其作用最大化发挥，保障建筑物安全稳定。需要注意的是，隔震结构设计需要遵循《抗规》和《隔标》等规范标准，确保设计的安全性和可靠性。同时，在进行隔震结构设计时，需要考虑建筑的使用功能和场地条件等因素，综合分析利弊，选择最优的方案。