建筑结构设计中隔震减震控制技术的应用

建筑结构设计中隔震减震控制技术的应用

黄博

摘要：当前阶段有关抗震规范中对建筑结构的抗震性能做了明确的要求，就是要能够做到小震不坏、中震可修、大震不倒，为了实现这样的抗震目标，有关部门加大了对建筑抗震方面的研究力度。为了适应新建筑形式的抗震需求，隔震减震控制技术应运而生。本文就隔震减震技术展开了有关的探索。

关键词：建筑结构设计；隔震控制技术；减震控制技术

引言：

在现阶段城市现代化建设发展的过程中，大多以高层建筑为主，与传统的建筑形式相比，高层建筑在建筑抗震方面就有着很大的不同，传统建筑的抗震结构设计已无法满足当前高层建筑结构的抗震需求，因此，出现了新型的隔震减震控制技术。

1隔震减震技术原理概述

隔震减震技术是建筑工程隔震和减震抗震设计方法的统称，主要通过结构基础位置的调整达到阻隔地震波传播、隔离地震能量的目的，具体包括减震设计和隔震设计。减震设计是通过在建筑结构某些特殊位置人为设置阻尼及耗能构件，使其吸收地震波能量而削弱地震对建筑结构不利影响的相关设计。隔震设计则属于特殊的结构类型，与减震设计不同的是，其具有震动周期的特殊结构，地震发生后能引导和促使结构地震能量的输出，起到缓冲地震能量、保护建筑结构的作用。在实际设计中，减震设计应与隔震设计相得益彰，共同应对地震波对建筑结构的危害。建筑结构减隔震设计主要通过在建筑建设中安装隔震器，使建筑结构在水平向获得柔性支承，延长建筑结构水平向周期，并按照阻尼器增强结构的阻尼效应，有效降低地震对建筑结构的不利影响。建筑结构减隔震设计还能有效分解和改善地震力在结构支座之间的应力分布情况，增强上部结构的支承作用及对建筑基础部位的保护作用，调节横向刚度，改善结构扭转平衡。

2常见的隔震减震装置

2.1铅芯橡胶支座

此类减隔震装置由普通叠层橡胶支座和高纯度铅芯组合而成，竖向承载力和水平柔性恢复力主要由普通叠层橡胶提供，利用高纯度铅芯塑性性能吸收并耗散地震能量。高纯度铅芯初始剪切模量较高且弹塑性能较为理想，所以，铅芯橡胶支座减隔震装置能在强震条件下满足能耗要求，并提供正常的刚度要求，具备减震和隔震双重功能。

2.2高阻尼橡胶支座

此类减隔震装置主要由添加纤维塑料、石墨等高阻尼橡胶材料制成，其阻尼比是普通叠层橡胶支座的2～4倍。当支座发生剪切变形，材料中的纤维塑料和石墨颗粒便会通过摩擦产生热耗散运动能量，具有与普通支座相同的力学性能以及更高的阻尼比、更突出的减震耗能性能。

2.3滑动摩擦支座

聚四氟乙烯滑板支座是当前建筑结构中最常用的滑动摩擦支座，其主要采用摩擦系数仅为0.06的聚四氟乙烯材料，对中等吨位支座较为适用。如遇地震，当滑动摩擦支座上的支承性梁体遭受到大于摩阻力的惯性时，梁体和支座滑动面便会出现滑移，使建筑振动周期大幅延长。

2.4阻尼器

由耐压缸体、活塞、阻尼孔、黏滞阻尼液等构成的液体黏滞阻尼器主要通过活塞端头压力差推动黏性阻尼液反复流经阻尼孔，产生阻尼力达到耗散地震能量的目的。此类型阻尼器属于速度黏滞型阻尼，其所产生的阻尼力峰值和结构弹性力峰值之间存在相位差，待阻尼器端头相对位移量达到最大值，相对速度为零时，阻尼器产生的阻尼力也归于零，此时，阻尼器减隔震装置相对运动速度及阻尼力均达到最大值。利用钢、铅等金属材料的弹塑性变形性能吸收地震能量的金属阻尼器减隔震装置主要为利用低屈服点钢材制成的弯曲剪切型阻尼器。

3建筑结构的隔震技术措施

3.1建筑物地基使用特殊材料进行隔震

在建筑物基础隔震工作开展的过程中，最关键的就是要将隔震层变成一个柔性的底层，这样在地震灾害发生时，就能够对地震波起到一定的削弱效果，从而能够使地震释放出来的能量减少，降低地震对建筑物的破坏。传统的建筑抗震中，是通过在建筑的基础部分交替铺上砂粒以及黏土，或者是通过直接铺上黏土以及砂粒垫层的方式来起到一定的隔震作用^[1]。利用这些材料来对建筑物的地基抗震进行处理，能够起到的抗震效果是非常小的，随着科学技术的发展以及新材料的出现，相关部门在这方面的研究取得了突破性的进展，并且以沥青为原材料来作为建筑物地基隔震层的填充材料，取得的隔震效果也非常好。

3.2建筑物基础设立隔震设施减震

该隔震方式是通过在建筑物基础以及上部建筑之间设立特殊的设备，来达到一定程度的隔震效果的，通过这种隔震设置方式，能够对地震的向上传送起到一定的阻碍作用，从实际情况来看，最高可使地震发生之后向上部建筑结构传送的能量降低2/3，但是这种隔震方式在实际使用中也存在着一定的弊端，就是由于该设备会导致建筑结构本身的自振周期延长^[2]。因此，不适用于高层建筑的抗震设计中。当前阶段常见的隔震形式有粘弹性隔震、摩擦滑移式隔震，常见的隔震装备有橡胶垫和橡胶板等。

3.3建筑物层间隔震技术应用

建筑物的层间隔震在旧房改造工程中最为常见，该隔震技术施工方便、操作简单，与建筑物基础部分设立隔震装备相比来说，层间隔震技术的应用，在建筑抗震方面产生的效果并不明显，其减震贡献值大约能够达到10%～13%。建筑物层间隔震技术的实现，主要依赖的是建筑结构各层间安装的减震装备，通过该减震装备来对地震能量进行吸收，从而达到削弱地震强度的目的，使其给建筑结构带来的影响进一步地降低，在建筑层间处设置的装置与基础隔震的装置大致相同。

4建筑结构设计中常用的减震技术

4.1新建建筑物的结构设计

随着时代的发展和社会的进步，人们的生活质量得到了大幅度的提升，对居住环境的质量和安全都有着更高的要求。众所周知，地震一旦发生会带来非常大的危害，会对城市的发展、人们的生命和财产安全带来巨大的威胁，因此，越来越多的人开始重视建筑结构的抗震和减震设计^[3]。为了取得更好的建筑抗震效果，在对建筑基础部分进行设计时，不仅需要对其进行特殊抗震处理，还要能够增设一些消能装置以及相关的元件，来提高建筑基础部分抵抗地震的能力，从而尽可能降低地震对建筑基础带来的影响。这些减震设备和组件，就是为了提高建筑体的抗震能力，但是其抗震效果略差于隔震层。

4.2对建成建筑物的抗震加固

在建筑物的抗震结构设计工作开展的过程中，在正式开工之前，要能够按照抗震设计的规范要求，开展针对性的设计工作，为了使抗震设计方案的效果充分发挥出来，要能够在建筑施工开展的合适阶段，在建筑的一些重要部位处安装特备的隔震设施，否则就无法使隔震设备的性能得到充分的发挥^[4]。在建筑建成之后，要想使其抗震性能得到进一步的提高，就要采用增多阻碍的方式，在建筑的主体结构上加装一些消能装置，同样能够起到非常好的抗震加固效果。

结束语：

随着建筑行业的快速发展，建筑的抗震设计也取得了巨大的突破，其抗震能力也得到了大幅度的提升，其中隔震减震技术更是得到了大范围的推广应用，随着建筑形式的多样化，对抗震能力会有着更高的要求，因此，在未来的发展中，仍然需要加大对建筑抗震设计的研究力度，要能够在现有技术的基础上进行进一步的优化，推动建筑抗震设计工作的快速发展。

参考文献：

[1]庄绪明.高层建筑结构设计中的隔震减震措施[J].住宅与房地产,2018(25):73.

[2]叶宗山,李默怡.浅议高层建筑结构设计中的隔震减震措施[J].绿色环保建材,2017(12):75.

[3]都磊.浅析建筑结构设计中减震、隔震发展趋势[J].建材与装饰,2017(48):136.

[4]赵静超.高层建筑结构设计中的隔震减震措施解析[J].居舍,2017(31):54.
个人简介：黄博（1977.11--），男，汉族，籍贯：天津，学历：大本，职称：高级工程师，研究方向：建筑抗震设计。