隔震减震在建筑结构设计中的措施探析

作者：李文涛 陈号天

来源：《建筑工程技术与设计》2014年第33期

        【摘要】随着近些年来地震灾害的多发，造成了巨大的人民生命财产损失，人们对于建筑结构设计中的抗震的设计，隔震减震措施越来越重视。如何在建筑结构设计中减少地震力对结构的影响，已经成为每一位结构设计人员应重视的问题，为了降低地震灾害对建筑结构的破坏，必须采取必要的措施增强结构的抗震能力。基于此点本文首先分析了建筑结构设计中抗震设计的具体要求，并在此基础上对隔震减震在建筑结构设计中的措施进行深入探析。

        【关键词】隔震减震；建筑结构设计；措施

        中国是地震发生最频繁的国家，根据过去一百年的统计，约三分之一的地震发生在中国，因地震而造成的死亡人数更是占了全球的将近一半。因此，在建筑结构设计中是否充分考虑抗震问题、是否合理的运用了相关的抗震措施是事关人民生命财产安全的重要问题。

        一、隔震减震在建筑结构设计中的作用

        隔震和消能减震是建筑结构减轻地震灾害的有效技术，适应我国经济发展的需要，有条件的利用隔震和消能减震来减轻建筑结构的地震灾害，是完全可能的。采用消能减震的方案，通过消能器增加结构阻尼来减少结构在风荷载作用下的位移是公认的事实，对减少结构水平和竖向的地震反应也是有效的，隔震体系通过延长结构的自振周期能够减少结构的水平地震作用，已被国外强震记录所证实。国内外的大量试验和工程经验表明：隔震一般可使结构的水平地震加速度反应降低60%左右，从而消除或有效减轻结构和非结构的地震损坏，提高建筑物及其内部设施和人员的地震安全性，增加了震后建筑物继续使用的功能[1]。

        二、建筑结构中减震措施

        减震措施主要是借助建筑物意外的部件来增加建筑物的阻尼，消耗地震传递给建筑物结构的能量，避免建筑物因地震而受到损害。消能部件的布置需经分析确定，设在结构的两个主轴方向，可使两方向均有附加阻尼和刚度；设置于结构变形较大部位，可更好发挥消耗地震能量的作用。减震措施不仅可用于新建结构的减震设计，对建筑物的基础部分采用特殊处理之外，还可以借助消能减震装置或者元件削弱地震对建筑物的作用力，保护人们的生命财产安全；也可用于现结构的抗震加固，在对建筑物的地基或基础进行隔震设计时，我们一定要在建筑物没有动工以前按照隔震设计的措施，完成相应的工作，最迟也是在建筑物的施工过程当中，在建筑物的关键部位设置特殊的隔震装置。然而，建筑物建成以后，如果想对其进行抗震加固，就要采用增加阻尼的办法，在建筑物的结构上重新添加消能减震装置。从适用的部位来说，也是很广泛的，它不仅可以应用于建筑物的上部结构，也可用于建筑物的隔震夹层，消能减振技术是用特别设置的机构和元件将地震动的能量加以吸收耗散，以保护主体结构的安全，当消能减震结构的抗震性能明显提高时，主体结构的抗震构造要求可适当降低[2]。降低程度可根据消能减震结构地震影响系数与不设置消能减震装置结构的地震影响系数之比确定，最大降低程度应控制在1度以内。消能减震的基本要求是：通过消能器的设置来控制预期的结构变形，从而使主体结构在罕遇地震下不发生严重破坏[3]。

        三、建筑结构中隔震措施

        国外对隔震工程的许多考察发现：硬土场地较适合于隔震房屋，软弱场地滤掉了地震波的中高频分量，延长结构的周期将增大而不是减小其地震反应，墨西哥地震就是一个典型的例子，所以当在IV类场地建造隔震房屋时，应进行专门研究和专项审查[4]。

        （一）特殊材料隔震措施

        建筑物基础隔震，主要是对建筑物的基础部分进行特殊处理，削弱地震时的地震波，从而减少地震对建筑物的损害，传统上是在建筑物的基础部分交替铺上粘土和砂子，或者直接设置粘土或砂子垫层。以前曾经有人以糯米为原材料，在建筑物的基础部分设置垫层，减少地震对建筑物的损害，目前在这方面已经有新的进展，以沥青为原料研究出一种特殊材料，以此设置隔震层效果更好。

        （二）基础隔震措施

        基础隔震是在基础与上部结构之间设置隔震装置，减小地震动往上部结构传递，降低上部结构的地震反应，该种隔震方法适用于体形规则的低层或多层建筑结构，用于高层建筑结构的效果较差（隔震结构延长了结构的自振周期）。基础隔震包括粘弹性隔震、滚轴（ 珠） 滑移隔震、摩擦摆隔震、摩擦滑移隔震等多种形式，隔震装置有夹层橡胶垫隔震装置、基底滑移隔震装置、混合隔震装置等。

        （三）悬挂隔震措施

        悬挂隔震是将结构的全部或大部分质量悬挂起来，使地面运动传递不到主体质量，产生不了惯性力，从而起到隔震作用。当地震来临时，地震的能量不会传递给悬挂起来的结构，从而达到减小地震损害的目的，这种隔震方式最常见于大型钢结构，大型钢结构总是采用钢结构悬挂体系，以此隔震。大型钢结构一般分为主框架和子结构：主框架同—般框架结构；子结构采用索或吊杆悬挂，分布有主要质量，此体系可以有数地隔离主框架和子结构，减少地震作用的传递，控制结构的地震反应。地震的能量到达这个部位的时候就会削弱，不至于传递到子结构产生惯性力[5]。

        四、无粘结支撑体系减震问题

        无粘结支撑体系是建筑物结构减震体系中最为机敏的一种，在内核钢支撑和外包钢管之间不粘结，或者在内核钢支撑和外包钢筋混凝土或钢管混凝土之间涂无粘结漆形成滑移界面。在支撑中段设置外包层，在支撑两端适当部位露出内核钢支撑，再用高强度螺栓与框架结构连接，以保证压力和拉力都只由内核钢支撑承受。滑移界面的材料和几何尺寸需要精心设计和施工，以允许内核钢和外包层之间相对滑动，同时约束内核钢支撑的横向变形，防止内核钢支撑在压力作用下发生整体屈曲和局部屈曲。在地震发生时，通过内外钢之间的配合作用而消耗地震能量，但是，这种设计的弊端是在设计和有关部件的计算方面要求非常严格，在这个体系中，建筑物的重最主要由内钢来承担，外钢主要起到配合和辅助作用，还可以防止内钢弯曲变形。

        五、跷动振动控制减震设计

        跷动减震设计有两种方法：一种是整个上部结构与下部基础在竖向不紧固；另一种是结构中地震力较大的柱、竖向连续墙、支撑等部分构件与下部基础不紧固，前—种方法适用于高宽较大的建筑物在强烈地震作用下会产生很大竖向拔力的情形。

        综上所述，隔震和消能减震设计时，隔震装置和消能部件应符合下列要求：隔震装置和消能部件的性能参数应经试验确定。隔震装置和消能部件的设置部位，应采取便于检查和替换的措施。设计文件上应注明对隔震装置和消能部件的性能要求，安装前应按规定进行检测，确保性能符合要求。

        参考文献

        [1]贾红霞.浅议建筑结构设计中的隔震减震措施[J].内蒙古石油化工，2013，2（15）：104-106.

        [2]王新江.浅析建筑结构设计中如何减少地震力影响[J].黑龙江科技信息，2012，14（10）：134-135.

        [3]梁明洲.讨建筑结构设计过程中的概念设计及结构措施[J].中国新技术新产品，2014，13（04）：12-13.

        [4]刘珊珊.建筑结构设计中概念设计和结构措施的应用探析[J].门窗，2014，13（06）：107-108.

        [5]朱慧.建筑结构设计中基于抗震措施的分析[J].城市建筑，2013，12（04）：63-.