建筑结构设计中的隔震减震措施

建筑结构设计中的隔震减震措施

何军

中国建筑上海设计研究院有限公司 上海 200062

摘要：我国国土面积辽阔，不同种类自然灾害的发生频率较高，地震作为一种常见的自然灾害严重危害人们的生命健康。近年来，一批采用了隔震减震技术的工程项目经受住了地震的检验，相关部门对建设工程的隔震减震设计高度重视，为进一步推广隔震减震技术，颁布了一系列减隔震管理条例和相应规范。基于此，本文主要对建筑结构设计中的隔震减震策略进行研究，阐述隔震减震策略的意义及原则，分析建筑结构隔震减震存设计中在的问题，并提出具体的隔震减震策略，旨在进一步提高建筑结构的稳定性与安全性，为人们提供更加舒适安全的居住环境。

关键词：建筑结构；设计；隔震；减震

引言

抗震设计是建筑结构设计的一项重要内容，是从结构的整体特点出发，在刚度、强度、延性、轴压比等方面加强结构的专项设计，以满足地震作用下的建筑结构安全性与经济性要求。近年来，随着经济社会快速稳健发展，我国建筑行业发展迅猛，工业厂房、高层住宅、商业综合体等项目数量增多。现有文献报道中，多集中在建筑结构抗震设计、施工上，关于减震隔震设计的研究较少。鉴于此，以下结合实践探讨了隔震减震技术在建筑结构设计中的应用，以供参考。

1建筑结构设计中隔震减震策略的意义

我国城市地震发生较为频繁，高烈度地震会造成严重的经济损失，对人们的生命安全构成巨大威胁。在我国地震高烈度地区，要达到优良的抗震性能，建筑结构需要采用提高抗震构件的尺寸，采用非常高的抗震成本。但是，采用抗震措施的结构，在超过其抗震烈度后，震害往往很严重，震害对人们的生命财产安全造成很大的危害。因此，采用合理的隔震减震策略，尽可能减少地震带来的危害，使建筑结构设计能够得到满足人们的居住要求，是一个不错的选择。在建筑结构设计中采用隔震减震策略，合理设置隔震层或使用减震装置，可以将地震时所受到的水平位移、加速度和剪力等传递给非结构部件，从而保护建筑主体结构免遭破坏，削弱地震带来的危害效果，保护人们的生命财产安全。

2建筑结构设计中存在的问题

2.1支座受到抗震墙造成的影响

在进行减震和隔震的设计过程中，需要做到支座尽量分散，一方面，是因为这样能够提高建筑结构稳定性；另一方面，可以降低地震时给建筑带来的附加倾覆力矩，减弱支座拉力带来的严重影响，要根据要求确保受力较大的一面设置隔震支座，否则会导致抗震减震支座的作用无法体现，从而影响建筑的减震隔震效果。

2.2建筑物的走向设置对抗震性能造成的影响

设计人员不仅要深入现场进行实地考察，还要结合当地的地质状况和地震发生的方向，降低房屋在地震过程中的地震方向的过度震动。为了提高房屋的抗震能力，可以通过合理规划使建筑物的走向和地区震向呈现出相互垂直，有助于提高建筑的抗震能力，减小建筑物在地震中的损毁概率。

2.3墙体与防震缝设计问题

在墙体的规划和设计中也可以进行隔震减震设计，要根据实际建设需求设计合适的防震缝，综合考虑其长度和宽度，促进建筑设计向更稳定、更安全方面发展，同时，在一些地壳运动较为活跃的地区应该重视防震缝设计，方便设计者加强对建筑结构设计中的稳定性控制，从而减少建筑物以及地面出现较大位移。

2.4建筑结构的选择

随着建筑隔震减震设计能力的稳步提升，新型的多层橡胶支座具有更强的隔震减震作用，大大提升了主体结构的避震能力，加强了建筑物在地震中的安全性能，故成为当前框架结构隔震设计的常规选择。

3建筑结构设计中的隔震策略

3.1特殊材料隔震

特殊材料隔震是一种比较节能环保的隔震策略。为了提高建筑结构的耐久性和韧性，可在建筑物主要承重部位地下室外墙及周围使用黏土、砂砾等特殊材料，在建筑隔震支座中设置一层垫层，以此降低地震所产生的危害。随着隔震技术的不断创新，许多建筑结构会采用沥青作为特殊材料，利用沥青材料的可塑性能设置隔震层，使建筑的隔震效果更加突出。

3.2基础隔震

基础隔震的设计布局通常位于建筑基础和上上部结构之间，经过柔性衔接，变成优质的隔震装置，该装置的运用可以很大程度上减轻地震波对建筑上部结构造成的不利影响，进一步实现建筑物的全面减震效能。整体建筑基础隔震结构系统包含上部结构、隔震装置、下部结构三个部分。隔震原理为利用结构的长周期性，通过在建筑底端的较大位移，达到减弱上部建筑结构位移的强度，并且把所承载的地震波强度传递到地表或者被吸收，进而保障建筑上部结构的稳定性。该技术手段的研究发现来自于过去的东京帝国饭店的软土地基，但是经验证，并非全部的软土地基都可以达到相同的效能，所以，科研人员不断寻找相似的材料用来替代软土层，从而有了如今的基础隔震技术。然而基础隔震技术的经济型较低，我国实际建筑设计中对其应用量较低，仅在地震多发区域与重要公共建筑中应用，比如桥梁、核设施、医院、学校等等。当前，我国运用基础隔震技术的建筑已超过数百万平方米，技术人员与学者也逐步增强对基础隔震体系的探索，争取在维持其可靠性前提下提高其经济性，进而有效促进我国建筑业的高质量发展。

3.3悬挂隔震

悬挂隔震设计是通过悬挂的方式将建筑结构各个部位悬挂起来，当发生地震时，地震所产生的能量在向建筑上部传递时会不断衰减，惯性作用逐渐下降，保证建筑不会倒塌。在面对强度较小的地震灾害时，地震能量并不会传递到悬挂的结构中，所产生的破坏程度也会进一步下降。悬挂隔震设计一般应用于大型钢结构设计中，大型钢结构建筑以钢结构悬挂体系为主，整个体系分为主框架和子结构，可以保证地震能量在传递过程中不断衰减。

4建筑中常用的减震措施

4.1无粘结钢结构体系

无粘结钢结构作为一种十分有效的减震支撑结构，重点运用于建筑中钢柱和混凝土中间，形成滑动位移平面。钢结构被普遍应用于超高层建筑中，然而纯钢结构材料的抗侧刚度无法满足建筑抗震和正常使用的需求，钢框架+支撑结构可以有效改善传统钢结构遭遇强风或者地震灾害时出现的位移过大的现象，但是它的承载能力和刚度偏弱，在遭遇地震波强烈冲击时，非常容易产生变形和失稳的问题，从而使得钢结构支撑系统所担负的力学结构失去效能。所以，通过前面所介绍的几种钢结构，近年来研究人员发现了一种新型防防屈曲的支撑结构，通过改良支撑杆件，进而获得无粘结的支撑系统。这种支撑系统可以在内核设计钢支撑与外包构件之间增添了新型滑动位移层，使得当地震波扩散时，滑动位移层能够最大程度降低地震波对钢结构造成的破坏力，达到良好的抗震效果。

4.2加固减震

传统的建筑施工中常常会忽视对于抗震结构的设计，所以，现代建筑设计中必须要对大部分旧房的抗震能力进行强化。其中，使用最为广泛的加固措施是在建筑结构中添加阻尼，在建筑结构接合处、钢结构、隔震夹层中添加消能减震设备，进而促进建筑整体的抗震功效提升。以植筋技术为例，该技术主要通过将混凝土包裹至钢筋外部，使得混凝土与钢筋表层紧密融合，进而实现更优质的承载力。植筋技术手段具有多样化，并不受限于某一种植筋种类，可以依据建筑物实际情况进行选择，不仅能够在普通钢筋加固工序中添加锚筋，促进钢筋全面实现防震减震的目的，还能够在加固过程中依据建筑物需要挑选植筋胶。相较于传统加固手段而言，植筋加固技术具有显著的优势，在地震带得到普遍的运用。当前植筋加固手段多被运用于高层建筑、工业厂房建设中，其不仅不会对原有建筑体系造成影响，更不会导致建筑结构的变化，从而具备较强的发展前景。

结束语

随着时代的发展，各种新的隔震减震理念和设计方法不断应用于建设工程中，不仅满足了建筑物防震减震的要求，而且在很大程度上促进了建筑行业的发展。结构设计师应努力掌握隔震减震技术的理论知识、设计要点和注意事项，做好隔震减震设计工作，在保证抗震性能的基础上，达到降本增效的目标。

参考文献

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