建筑结构设计隔震减震技术探讨

建筑结构设计隔震减震技术探讨

方忠

武汉市政工程设计研究院有限责任公司  湖北武汉  430000

摘要：房屋建筑为人类提供了遮风挡雨的空间，也是人们提高生活品质的重要设施。对于房屋建筑设计与施工人员来说，如何确保房屋建筑的结构稳定性，提高抗震性能是必须重点考虑的因素。如今城市化发展速度不断加快，城市内高层、超高层建筑越来越多，建筑的抗震性能需要进一步提升。

关键词：建筑结构设计；隔震减震；技术；

前言：在建筑结构设计中科学合理的隔震技术能够让建筑质量不断提升。从根本上减少地震对建筑物及室内重要设施人员的伤害和破坏从而达到抗震的目的。隔震减震控制技术作为新兴的抗震技术，凭借其独特的优点，在现今乃至今后建筑结构中被广泛地采用。

一、概述

隔震结构与抗震结构相比其主要的优势在于提高了地震时结构的安全性；增大了设计的自由度；防止室内的物品反转、砸落与破碎抵御次生灾害；提高了安定性与舒适性；防止非结构构件的破坏；保证既有设备的机械与器具功能；隔震可以减少地震反应，减小结构自身的截面和配筋率，降低工程造价。隔震技术在日本、美国应用广泛，我国目前走在前列的省份当属云南。根据隔震的机理与隔震层的布设位置，隔震分为基础隔震和层间隔震两种，前者具有普遍的适应性，后者则多用于底部大空间、裙楼和主楼连接紧密、沿海、山区等建筑结构，其布设可以降低高耸结构的“鞭梢效应”，增强减震能力。

二、建筑结构设计中隔震减震技术存在的问题

抗震墙对隔震减震支座的影响。对于框架-剪力墙结构，隔震减震支座和抗震墙的设置位置要有一定的技术要求。在进行隔震减震支座的布置时，需要做到分散、不集中，而且不能布置在建筑结构的四周，否则会提高抗震墙在地震时所承受的倾覆力，对隔震减震支座拉力也会产生一定的不利影响，这即对建筑施工技术方面有一定的硬性要求。

建筑结构设计走向对抗震的影响。地震作用是一种随机脉冲动力作用，地震力作用的大小和方向均为未知的，是一个较为错综复杂的问题。当建筑结构设计的走向和地震作用的方向一致时，结构坍塌的风险较大；而与地震方向垂直时，风险将大大地降低。所以，在进行建筑结构设计时，需充分考虑当地的地质情况，并且综合近几年多发地震的走向。

层间隔震层的布置位置对隔震效果的影响。对于层间隔震层的隔震系统，结构的动力性能、地震力反应特性和结构的减震效果均与隔震层位置的高低有较大的关系，并且隔震层以上和以下结构具有不同的减震效果。众所周知，同一地震作用对隔震结构的影响要远远小于抗震系统，隔震层上部结构的减震效果也要明显高于其下部结构。经大量研究表明，针对楼层结构的相对加速度，隔震层可大大减小上部结构相对加速度，但由于对下部结构刚度的释放，却增大了下部结构的相对加速度值。因此，需要合理设计结构隔震层的位置，以期达到最为理想的隔震效果。

三、建筑结构设计隔震减震技术

结构在地震反应中若位移过大将会影响结构的承载力，甚至会导致结构破坏崩塌，而层间位移角是反应结构在地震作用下的水平位移，因此层间位移角是否过大，直接反应了结构是否合格。钢筋混凝土框架结构多遇地震下弹性层间位移角限值为 1/550，且采用隔震技术的隔震结构应进行罕遇地震作用下弹塑性验算弹塑性层间位移角限值为 1/50。因此层间位移角的对比是不可或缺的。运用不同隔震技术的隔震结构，为了使结构的变形主要集中在隔震层，隔震层的位移比上部结构的位移相差很大，设计隔震层水平刚度相比上部结构的刚度要小很多，可以有效的削弱上部结构的地震反应，使各楼层层间位移得到有效降低。但是在中震下，橡胶支座隔震结构减小的幅度大于摩擦滑移隔震，且随着楼层增加，层间位移呈现降低递减趋势，摩擦滑移隔震结构走势不稳定，有可能是摩擦滑移隔震引起了更加复杂的地震力，使得上部结构变形处比橡胶支座隔震结构的上部结构反应加强。在大震下，两种隔震技术减小的幅度相差不大，且摩擦滑移隔震结构的上部结构层间位移呈现为递减趋势。因此，在大震下，两种隔震技术取得的隔震效果基本相同。

隔震技术就是用隔震装置来隔离地震带给结构的冲击作用，而隔震结构是在建筑物上部结构和基础之间，或在上部结构的各个楼层间通过设置若干个隔震支座，以延长建筑物的自振周期、增加阻尼，减低输入到上部结构的地震能量，以达到隔震要求。由此，隔震技术必须具备承载能力、隔震、复位功能和阻尼耗能这四大特性，才可保证建筑结构达到减震效果，也即是在建筑结构层间或者底部加上隔震支座以“软化”整体结构体系的抗震思路。所以，可根据隔震支座的设置位置不同，将其分为层间隔震和基础隔震，其中后者的应用最为广泛，大多采用橡胶垫或者滑移层等隔震方式进行处理，但受限于房屋的体型、层数和高度等。而层间隔震是后期发展的一种隔震形式，弥补了基础隔震的缺点，多用于加固已有建筑物，但是推广上较为受限加速度可放大到2.31g，造成严重的震害。由此两结构对比可知，同一震级下，橡胶支座隔震系统具备极大的优越性，可大大折减地震的效应。

悬挂隔震是指在建筑整体结构设计过程中，通过将其结构进行悬挂来形成新型的悬挂结构。这种悬挂结构能够有效降低地震灾害时给建筑产生的不利影响，这主要是因为地震灾害过程中产生的能量并不能直接传导至处于悬挂状态的建筑上，这就使地震能量所带来的危害在一定程度上被减弱。悬挂隔震措施多被应用在规模较大的建筑中，这些建筑多为钢结构，因此此种隔震设计方式可以起到较好的减震隔震效果，悬挂隔震通常可以分为主框架和子框架两种。其中子框架主要通过锁链的方式与主框架连接，当地震发生时，尽管框架会发生摇晃，但因为子框架是以锁链的形式在主框架上连接的，所以其地震能量在传导至锁链位置时，会由锁链的摆动而被消耗掉一部分，从而使得地震能量在传至主框架时已经较之前被大大的削弱，如此地震能量对主框架所造成的危害也大大降低。可以说，悬挂隔震是一种效果较为出色的隔震措施，在抗震设计中加以合理应用能够更好的提升建筑的整体抗震性能。

耗能减震结构建筑的设计要求。（1）对耗能部件的设置。用于耗能减震结构设计的耗能部件要求如下：①整体耗能减震结构必须根据罕遇地震作用下能部的预期结构位移控制要求，对耗件进行适当设置。②具体的耗支撑、填充墙、梁、节点等组成。③能部件一般由斜设置在耗能减震结构中的部件需要沿着结构的两个主轴方向设置，且应放置在层间可能出现较大变形之处具体的数量和分布情况没有统一标准，应根据实际情况综合分析后确定。（2）耗能减震结构体系的耗能部件性能要求。相关要求如下：①所使用的耗能器应该具有足够的吸收能力、耗散地震能量的能力、阻尼数值也应恰当。②耗能部件对建筑结构附加的有效阻尼比应该超过10%。③耗能部件必须具有充足的初始刚度[6]。

结语

为提高建筑结构隔震及减震的性能，设计人员需要对建筑结构所承受的作用力、结构内部产生的各种应力进行综合分析，之后充分运用结构本身的特点设计各类辅助措施，从而达到上述目的。总体来看，做好建筑结构减震抗震设计工作，是对国家、社会、人民负责，具有深远意义。

参考文献：

[1]李昊. 浅谈高层建筑结构设计中的隔震减震措施［J］. 工程建设与设计，2019（18）：10-11.

[2]许婷婷.隔震减震控制技术在建筑结构设计中的应用[J].工程技术研究，2021，6（18）：205-206.

[3]王一本.某高烈度地区医疗建筑减震控制技术研究[D].郑州：华北水利水电大学，2021.