建筑结构隔震技术的研究和应用

建筑结构隔震技术的研究和应用

王龙飞

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摘要：为减少地震引发的建筑物损毁、人员伤亡及经济损失，本文阐述了结构隔震技术的核心原理与类别，深入剖析了当前建筑中普遍采用的隔震策略，并进行了针对建筑工程结构中隔震技术应用的深度探讨，旨在提升地震区域居民的生命财产安全防护。

关键词：建筑结构；隔震技术；应用分析

引言

地震堪称自然界最具破坏力的灾害之一，其对建筑的摧残显而易见。在建筑设计中引入隔震减震技术至关重要，旨在提升结构的抗震性能。这种设计理念能在地震来临时，有效守护建筑结构与人员安全。当前常见的抗震策略是通过在建筑设计中增强结构柔韧性，即预先设定适当的结构刚度，使得建筑能在地震中保持一定程度的弹性形变，即使发生破裂也能维持稳定，即"裂而不倒"。传统减震措施存在局限，一旦遭遇超越设计承受范围的地震，可能无法充分保障建筑结构的整体稳定性。因此，对建筑结构减震防震控制技术的深入研究至关重要，目标是提升建筑物在地震中的抗震减震能力。

1隔震结构的基本原理

建筑隔震系统通过在结构基础或楼层间安装隔震设备构建，由基础结构、隔离层和上部结构三个关键部分组成。隔震技术核心在于通过设置隔震层，成功隔离建筑主体的上下部分，防止地震力量向上传导。通过设置高效的隔震层，能有效消耗地震能量，降低上部结构承受的冲击力，确保建筑主体在地震中维持弹性和稳定性，从而提升整体的抗震安全性。隔震层设计具有低水平刚度特性，有效地延长了建筑物的基础周期，地震时能显著减小其加速度响应，确保结构稳固安全。合理安装隔震层的关键在于，它能巧妙地避开地震主要频率区间，显著降低地震波对隔震结构顶部的影响，并高效消耗大部分地震能量，从而显著减小上部结构的变形，确保建筑在地震中的稳定性与安全性。安装阻尼器能显著提升建筑的抗震性能，它能有效吸收和减少震动，降低冲击力，从而增强建筑物的安全稳定性和耐用性。

2隔震建筑的分类

2.1地基隔震

地震时，地基作为建筑与震源的首要接触点，直接受到强烈震动。因此，在地基中安装隔震设备能显著减少地震对建筑结构的破坏效应。在建筑物地基中安装隔震设备，旨在对基础部分实施防震处理，通常会通过设置隔离层，有效削弱地震导致的振动影响，从而减小对整个建筑物的冲击力。传统的建筑隔震方法主要依赖地基层面填充黏土和砂土的混合物，或者在软土与砂土间插入土工布作为隔离层。如今在中国建筑领域，相关部门在抗震设计中引入了改性沥青阻尼减震材料，成功地用它替代了传统的黏土砂垫层，体现了技术的创新与进步。其卓越的隔震和减震性能极大地减少了建筑物在地震中的损坏，因此广泛应用。

2.2悬挂隔震

"悬挂隔震设计是通过将建筑物主体悬置于支撑系统上，地震时结构随地壳震动，从而降低地震对建筑主体的直接冲击，有效减小地震影响的技术应用。"尽管悬挂隔震技术展现出卓越的抗震性能，但由于其涉及高额的工程投资，对于常规住宅建筑而言，并非经济实用的选择。

2.3基础隔震

基础隔震技术是指在建筑物基础和主体结构中嵌入隔震设备，旨在阻止地震波向上部结构的直接传递，增强高层建筑抵抗地震的能力。故，基本的隔震设计适用于低层或多层结构，尤其适用于规则布局的建筑，目标在于提升建筑物自身的自然振动阻尼，从而延长其固有周期。

2.4层间隔震

层间隔震技术是通过在现有建筑物结构中增设隔震装置，将结构主体与原有隔热层相连并进行改造，以实现地震时的减震。地震发生时，借助隔震和防震设计，能够有效缓冲地震波冲击，吸收并消耗部分地震能量，从而显著减少建筑主体在地震中的振动程度。

探讨建筑工程结构中隔震技术的应用

3.1规范中的隔震设计算法

3.1.1水平动力分析

结构在隔震层以上的水平地震影响可通过《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010，2016年版）的分部设计法，基于减震系数进行计算；或者依据《建筑隔震设计标准》（GB/T51408-2021），采用整体设计法，以底部剪力比为依据进行分析。

3.1.2向上地震力分析

在考虑隔震层以上的结构设计时，必须进行竖向地震影响的计算。0.20在8度（0.30g）和9度的条件下，结构承受的地震作用应分别不低于隔震层以上总重量荷载代表值的20%、30%和40%的规定。在计算隔震层以上的结构竖向地震影响时，所有楼层可视作质点，通常依据相关规范，采用适用于常规结构类型的计算公式，来估算各楼层随高度变化的竖向地震作用标准值。

3.2探讨隔震体系的动力分析途径

对于隔震结构的动力特性研究，可以借助时程分析方法进行增强计算；其计算模型虽与常规结构相似，但在处理中需特别纳入隔震系统独特的地震响应特性，并进行简化处理以提高效率。对于常规构建，建议采用层剪切理论，隔震层面则依据等效线性模型分析，注重考虑隔震层的实际刚度与有效阻尼比。针对复杂架构，需采用涵盖扭转效应的空间建模方法进行深入分析，并充分考虑隔震层的非线性特性。1.25在5公里以外，需取值至少为1.15。

3.3优选建筑地与施工技术

选址时务必避免软土区域及地震活跃地带，确保地质稳定性。在建筑设计初期，必须详勘周边地质与水文状况，以预防可能的自然灾害对建筑和当地经济产生的破坏，以及保障民众的生命财产安全。应优先考虑非地震活跃区，并避免选定作为工业区的选址。在建筑构造中，常见的两大类别是砖混结构和钢筋混凝土结构。在实际建筑操作中，必须依据结构设计规格，选用合适的施工技术方法。当前主流采用的是钢筋混凝土结构，鉴于其出色的承载力和优异的稳定性，不易形变的特性。在抗震构建中，钢筋混凝土施工技术的优势显而易见。在抗震设计中，关键在于因地制宜，依据建筑所在地区的特定地震风险区划进行详细规划，避免无根据的施工。同时，必须考虑建筑物本身的特性和所需的抗震等级，以确保科学、精确的设计决策。

结语

当前，建筑界对隔震抗震技术的需求日益严格，相关技术的先进性不断提升。针对各类建筑特性，研发定制化的隔震方案，以提升建筑物在遭遇冲击时的结构稳固性。当前，减震隔震技术虽有进步，但仍存缺陷，技术水平有待提升。因此，未来应强化研发力度，提升现有技术并探索创新，以期在建筑设计中更有效地应用抗震减震技术。

参考文献

[1]唐福强.建筑钢结构抗震设计及其应用[J].工程抗震与加固改造,2022,44(05):I0006.

[2]杨林华,杨国杰,罗林波,等.建筑工程隔震技术的研究[J].建筑结构,2022,52(S02):846-851.