隔震技术在建筑结构设计中的应用

隔震技术在建筑结构设计中的应用

王宏伟

黑龙江省宾县建筑设计院

摘要：隔震技术在我国的建筑施工当中已经成为一项非常重要的技术得到了非常广泛的应用，尤其在结构设计过程中，其应用的更加普遍，这项技术的应用可以很好的提升建筑的安全性和稳定性。本文主要分析了隔震技术在建筑结构设计中的应用，以供参考和借鉴。

关键词：基础隔震；时程分析；应用

在以往的抗震设计当中主要是在发生了中小地震时可以对建筑物的功能加以维护。在发生大规模地震的时候，避免建筑物出现倒塌，保证人们的生命安全。这种形式虽然可以起到一定的作用，但是从整体上来说还是有一定的弊端，其效果也不是十分的显著。隔震结构和传统的抗震结构相比有着非常明显的优势，它使得结构的抗震性和安全性得到了十分显著的提升，同时也减少了非结构构件损坏的概率，工程的造价也明显降低，此外其也使得建筑物设计的灵活性得到了充分的体现，保证其所有的使用功能都得以正常的发挥。

1、基础隔震结构的应用

隔震体系通常是借助对上部结构的自振周期加以延长，从而是结构自身的水平地震作用得以充分的控制，也就是说有效的减少了上部结构所产生的损坏，这样一来也就使得减震的效果得到了十分充分的体现。建筑物自身的安全性和可靠性也得到了非常显著的提升。所以从减震的最终效果上加以考量，采用隔震建筑的过程中一般要同时满足以下几个条件。首先是要选择硬度较大的场地。因为软土地及对隔震建筑而言其出现了地震的时候会使得上部结构的振动周期明显的延长，这样也就使得上部结构的损坏越来越严重，对整体结构的减震也不是十分的有利。隔震建筑在高度色设置上一定要予以严格的控制，如果其高度过大，就会使得结构隔震之前的周期相对较短，隔震滞后的周期相对较长，这样一来就可能会对隔震的效果产生一定的不利影响。通常建筑的高度要在40m之内，因为超过一定的高度就可能会使得上部结构产生非常大的抓东，这样也就使得隔震支座受到了比较严重的损坏。所以要求对钢筋混凝土和钢结构的高度比一定要在2.5之内。为了保证隔震建筑在地震作用下能够保证其有足够的移动空间，建筑之间的距离一定要在20cm之上，隔震装置还应该设置在基础和上部结构中间的位置，从而也就使得结构的性能得到最大限度的保证。

2、基础隔震结构设计

2.1设计要点

（1）上部结构设计。对隔震建筑上部结构设计时，除地震作用荷载外，其他的荷载跟抗震结构的荷载计算相同。地震作用包括水平地震作用和竖向地震作用，水平地震作用大小可用水平地震影响系数表示，其最大值为设防烈度下水平地震影响系数最大值和水平减震系数的乘积。一般情况下，对多层建筑，水平向减震系数为按弹性计算所得隔震各层层间剪力最大比值。对高层建筑结构，还应计算隔震与非隔震各层倾覆力矩的最大比值，并与层间剪力最大比值相比较，取两者的较大值。此外，为保证隔震房屋不要减震过多，使结构设计不安全，"抗震规范"还规定上部结构水平地震作用的最低限：水平向减震系数不宜低于0.25，且隔震后结构的总水平地震作用不得低于非隔震结构在6度设防时的总水平地震作用，各楼层水平地震剪力还应符合最小地震剪力系数规定。对隔震结构竖向地震作用可参照"抗震规范"相关要求。

（2）隔震层设计。在选择完隔震支座之后，同时也进行了动力分析保证其隔震的效果之后还要对隔震层的隔震支座开展抗震验算工作，隔震支座连接的质量和隔震处理的水平都应该满足设计的标准和要求，这些程序也是必不可少的，它们的质量会直接影响到建筑结构自身的稳定和安全，因此在隔震结构设计的过程中也一定要对其加以高度的关注和重视。

（3）基础设计。按照相关的设计原则方面的要求，基础的设计计算一般可以根据设防烈度进行处理，其和抗震结构的计算十分相似，但是对地震后隔震建筑的震害反应分析之后我们知道，地基液化对建筑物性能的影响还是十分明显的，所以抗震规范在规定中也明确指出地基基础的验算和处理过程中，一定要充分的考虑到这一地区的抗震水平和防裂要求，在确定了液化等级之后还要对相关的措施提高一个等级。

2.2基础隔震结构的时程分析法

"规范"12.2.2节第2条规定建筑结构基础隔震设计的计算分析宜采用时程分析法进行计算。时程分析法本质上还是通过对结构基本运动微分方程的求解，得到的关于结构在动力荷载作用下的位移、速度和加速度响应大小的一种方法，他是将动力作用以时间函数的形式引入到运动微分方程中，再通过相应的积分方法得到的关于结构在每一时刻的响应及其变化情况，隔震结构在地震作用下的受力情况，屈服机理以及楼层的变形等在时程分析法中得到了较好的反应，事成分析法在隔震结构的动力作用分析和计算中应用非常的广泛。隔震结构采用时程分析法计算时，计算模型宜采用多质点模型，用线弹性模型来模拟上部结构，同时采用双线性恢复力模型来模拟层数多且高度很高的结构，至于隔震层则可以根据不同情况采用线弹性或双线性恢复力模型来模拟。

2.3隔震层的设计与验算

（1）隔震支座的布置。为了避免上部结构在受力和传力过程中发生扭转，要求隔震支座的刚度中心与上部结构的质量中心尽量重合，同时隔震支座的布置也要跟整个建筑物结构的竖向受力构件的平面位置相对应，而且考虑到安全、经济，隔震支座应设置在受力较大的位置，隔震支座之间的间距也不宜大于2.0m，其规格、数量和分布根据计算结构的竖向承载力、侧向刚度和阻尼来确定。

（2）隔震支座竖向承载力验算。根据规定，隔震支座在所有可计算荷载作用下的竖向平均压力设计值不应超过规范所规定的限值，并要求隔震层在罕遇地震作用下具有很好的稳定性，不宜出现不可恢复的变形、拉应力等。

（3）在罕遇地震下隔震支座水平位移验算。根据"抗震规范"的规定，隔震支座在罕遇地震作用下的水平位移应满足ui[[ui]，ui=Giuc的要求。式中ui为第i个隔震支座在罕遇地震作用下考虑扭转时的水平位移；[ui]为第i个隔震支座水平位移限值，取不超过该隔震支座有效直径的0.55倍和该支座橡胶总厚度的3.0倍二者中的较小值；uc为罕遇地震作用下隔震层质心处或不考虑扭转时的水平位移；Gi为第i不个隔震支座的扭转影响系数，取考虑扭转和不考虑扭转时i支座计算位移的比值；当隔震层以上结构的质心与隔震层的刚度中心在两个主轴方向都没有偏心时，边支座的扭转影响系数不应小于1.15。

3、小结

在使用了基础隔震技术以后，建筑物的自振周期有了非常显著的延长，同时也使得建筑能够有效的避开一些地震主要的携能频带，从而使得结构在地震的作用当中处于一个弹性的状态。在设置了隔震装置之后，结构的第一振型就起到了非常关键的作用，所以楼层的位移也相对比较小，所以在这样的情况下可以使得工程的抗震措施大大减少，建筑物的损失也得到了非常有效的控制，产生了非常大的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]干洪，张德玉。框架隔震结构简化设计方法研究与应用[J]。安徽工程科技学院学报：自然科学版，2009，24（3）：1-5。

[2]党育，杜永峰，李慧。基础隔震结构设计及施工指南[M]。北京：中国水利水电出版社，2007。