建筑结构设计与隔震技术应用研究石超

建筑结构设计与隔震技术应用研究石超

石超

中元国际（上海）工程设计研究院有限公司上海200120

摘要：在建筑结构设计与隔震技术的应用过程中，我们要进一步分析建筑结构设计与隔震技术应用的要求，确保建筑结构设计与隔震技术更加富有效果，本文就从隔震技术下建筑结构设计的应用展开分析。

关键词：建筑结构；隔震技术；应用

引言：

对于高层建筑来说，隔震技术和隔震结构的应用可以加固建筑结构、有效减弱高层建筑结构的地震效应，尤其隔震支座的应用在国内多次地震中极大提高了高层建筑结构的稳固性和防震性能，随着隔震技术与隔震支座的大力推广和广泛应用，我国高层建筑的使用寿命也越来越长，这不仅提高了人们生活的安全系数和质量，利于安定社会，而且也推动了国家抗震建筑建设的进程。

1建筑结构隔震介绍

建筑物内部的阻尼大小有利于地震能量消耗。而减震措施恰好利用这一点，借助建筑阻尼增加吸取地震能量，以此来维护主体结构，降低震害。隔震技术被广泛应用到高层建筑中，特别是汶川地震后涌现出较多的隔震建筑。因隔震设计选取的材料和以往设计存在差异，和传统抗震设计对比，当前的隔震设计，特别是高层隔震设计具有一定难度。隔震措施存在时间限制，不仅能应用到新建结构，而且在建筑物建成后可通过阻尼增加来实现减震。从适用部位层面而言，减震措施较为广泛，无论是上部结构，还是隔震夹层均适用。而消能减震技术利用消能减震装置配设来提高结构阻尼比，进而防控结构变形问题，借助附加装置来吸取地震能量，实现主体结构的全面防护，让主体结构遭受地震灾害时不会出现严重破坏。依照数据统计可知，消能减震结构能够显著增强抗震性能。另外，抗震构造还能够依据未采用消能减震之前的结构来降低。

2结构隔震的主要特点

建筑结构抗震的特点主要包括以下几点：第一，通过对已经建设好的隔震建筑进行观察以及从振动台地震模拟试验所得的结果，隔震装置可以有效的降低建筑结构出现的地震反应。隔震建筑上部结构速度的加快仅仅相当于传统的抗震建筑的速度增加25%左右，这种减震效果是那些传统的抗震结构所难以实现的；第二，在建筑结构受到强烈地震影响的时候，上部结构可以处在弹性工作的状态，所以，隔震结构可以有效的确保机械设备、建筑结构构件等的安全以及正常应用；第三，在建筑结构受到大地震影响之后，基础隔震结构仅仅需要对隔震层予以检查与修复处理，就可以很快的予以正常使用，这能够为地方人们的生产与生活提供极大的便利；第四，隔震建筑具有明显的减震效果，所以，其不仅能够适用于普通建筑结构之中，还可以应用到那些在地震中对结构有较高要求的重要建筑物之中，比如说：医院、核电站等；第五，隔震结构虽然加设了隔震装置，但是能够有效的降低上部结构的地震影响，所以可以大大缩减截面断面情况，降低构件配筋，增加建筑高度等，从而使得建筑工程的总体造价得以有效的降低。

3建筑结构设计中的隔震措施原理与技术

3.1地基隔震

地基隔震主要是通过使用砂垫层、软粘土等方式在建筑的地基当中设置隔震层。从而使建筑物地基在遇到地震时能将地震波反复吸收，进而达到降低地震能力的效果，避免建筑物遭到破坏。

3.2基础隔震

基础抗震主要是指在建筑基础和上层结构之间设置隔震层，通常利用基底滑移隔震和混合隔震等装置，还可以采用夹层橡胶垫隔震。通过以上装置进行隔震，可以减弱地震能量波向建筑上层传递的总量，进而减小导致建筑上层破坏的能量。

3.3层间隔震

层间隔震主要是把建筑结构的隔震技术和抗震技术结合在一起，并在建筑结构上安装能够隔震耗能的装置，从而削弱地震发生时的能量，并能多次反复的吸收能量波，进一步降低建筑结构在地震中的反应程度。减少建筑物上层遭到的破坏。

3.4悬挂隔震

悬挂隔震主要是建筑结构设计中采用悬挂设计，从而减弱地震能量波对建筑主体结构的冲击，在地震发生时，减弱地震的总体能量的传递，从而起到抗震的作用。实际应用较少。

4隔震技术在建筑结构设计中的应用

4.1隔震结构设计计算方法

计算减震系数时，隔震结构的分析要求采用时程分析法，该样对隔震支座的计算模拟较为准确，目前国内隔震结构的计算软件较成熟，程序都提供了普通橡胶支座、铅芯橡胶支座和滑动隔震支座的计算模型，普通橡胶计算模型为简单弹性模型，当计算需要考虑受拉时，应取折线形弹性模型，即受拉与受压时的弹性刚度取不同值，受拉刚度K1，小于受压刚度K0，比值取1/6-1/10。铅芯橡胶隔震支座采用双剪Wen模型。滑动隔震支座可采用库仑摩擦滞回曲线或双线性滞回曲线计算模型。

4.2建筑结构基础隔震设计

在高层建筑结构设计中，基础隔震结构一般安装在楼层上部结构水平面宽度较小而楼层之间刚度较大、楼层高度在三十层以下的楼房建筑中。假如该楼房上部结构水平面宽度较大而不同楼层之间刚度又很小、楼层数量又较大，这时候的楼房上部结构就是多质点的隔震结构体系，需要采取相应的多质点隔震模型，而且另外还要想办法防止隔震结构出现扭转和发生倾覆等意外情况。对于位于强地震带和高烈度地区的高层建筑要采用橡胶材料的隔震结构，因为橡胶隔震结构中的隔震支座在冲击波作用下会产生一定的拉应力或者发生轻微的非线性变形，从而保证高层建筑结构的整体安全和稳定。对于高层建筑结构的组合隔震体系而言，如果隔震层上部结构倾覆弯矩太大的话，发生的水平地震作用力就会使得隔震层转动起来，加大隔震结构在垂直方向的负载，那么该高层建筑隔震层就会发生较为突出的纵向变形。所以，在考虑高层建筑基础隔震结构的动力体系时，一方面要考虑到隔震结构的多质点平动受力，最好是采用多质点摆动加平动隔震计算模型，另一方面还要考虑到隔震结构的转动。

4.3隔震结构的适用范围

4.3.1建筑方面

隔震层中，上部结构的层间位移比较小，一般都是钢体运动，扩大了上部结构在建筑设计上的自由度，大大缓解了结构设计对于建筑设计的限制约束，可以说隔震结构中上部结构的设计并没有什么特别的限制。

4.3.2结构方面

隔震结构也没有特别的限制，可以说，适合各种类型的结构设计。与传统结构设计相比，隔震结构在对上部结构的偏心、非结构构件和设备的抗震构造措施、结构和构件的延性等方面，其限制都比较宽松，使得隔震层上部建筑的结构形式可以有更为灵活的选择。不过，由于隔震技术是通过增大结构自振周期来实现结构地震反映的降低，因此，那些周期小而场地特征周期比较短的建筑，将会得到更佳的隔震效果。隔震技术如果应用在砌体房屋一级中低层混凝土建筑结构中，减震效果将更具优越。按照相关规定，砌体房屋、钢筋混凝土框架结构、钢筋混凝土框架——抗震墙结构中，都可以采用隔震的结构设计方案，房屋的高度和总高度应当符合规定要求。

4.4悬挂隔震

悬挂隔震是将建筑物的大部分或者整个结构悬挂起来，也就是通常所说的悬挂结构，这样，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。这种结构对于设计师的设计要求比较高，因为要将结构的主体框架和子框架的结合做到完美的结合，才能保证在地震来临时，子结构不受干扰。因为它的作用原理是，当地震来临时，主框架会随着地壳运动发生摇摆，但是子框架和主框架之间是能够活动的索链和吊杆，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，这种结构的优点是防震效果好，可以有效的阻断地震力对于建筑物的伤害，但是缺点是工程造价高，一般的住宅建筑不宜使用，因为大量的钢结构会大大增加建筑的成本。

结束语

工程设计人员需重视隔震减震问题，做好隔震减震设计工作，选用适宜的隔震装置，所用消能构件自身的参数应通过特定试验来明确，并将隔震与消震装置需配备在便于检查和易替换部位。另外设计人员需清晰标注隔震减震装置的基本要求，依照规范落实安装与检测等工作，让装置与每一项性能均满足标准。

参考文献：

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[2]李国栋.浅谈建筑结构设计与减震设计[J].建材与装饰.2018（26）

[3]叶霄鹏.浅谈隔震技术在建筑结构设计中的应用[J].建设科技.2018（08）