建筑结构隔震与减震设计问题分析与措施探讨

摘 要：地震是一种较为严重的自然灾害，不仅会在很大程度上影响建筑物的正常使用，同时会威胁到人们的人身财产安全。近几年来，地震的发生频次有所增加，地震地区的经济发展受到很大影响，也造成了很多人员伤亡，在现代建筑建设中，如何隔震减震，尽可能避免地震灾害已经成为极为重要的设计要点。主要介绍了建筑结构的隔震技术以及减震技术，并且提出了不同部位可以采用的隔震减震措施。

关键词：建筑结构；隔震设计；减震设计

从每一次地震事故可以看出地震具有非常强的破坏力，不仅使地区区域承受重大的经济损失，同时也严重威胁到当地地区居民的生命财产安全。因此，现代建筑工程应将建筑的抗震性能以及整体安全性作为设计重点。目前，广大设计师主要是通过隔震或者消能减震的方法尽可能减轻地震对于建筑结构的损害，在现代建筑设计中应用隔震减震技术，可以显著减轻地震对于建筑物的破坏程度，即使会在一定程度上提高整个建筑工程造价，但是对于现代建筑发展而言显得非常有必要。总结过去的建筑工程实践经验，消能器可以使建筑结构阻尼增加，应用效能器可以减轻相应的地震反应，如风荷载作用产生的结构位移等，进而实现建筑效能减震的效果。总结国外的隔震经验，将结构的自振周期延长，可有效减轻结构的水平地震作用。

1 建筑结构的隔震技术以及减震技术

1.1 建筑结构的减震技术

通常情况下，建筑减震可以通过巧妙利用地震能量和建筑阻尼之间的内在联系实现。如果增加建筑阻尼，可以在很大程度上消耗地震能量，基本上减震措施的基本出发点是使建筑阻尼增加，从而达到消耗地震能量的目的，减轻甚至避免地震对于建筑主体结构的破坏。针对一些相关的布置问题，比如设置消能部件的个数、设置消能部件的位置等，都应该进行仔细的分析以及计算。一般情况下，消能构件都是设置在结构的2个主轴方向上，这样可以使两个方向的刚度以及阻尼增加。也可以将消能结构放置在变形较大的结构位置上，这样可以均衡整个建筑结构的阻尼分布，更容易分散地震能量，使整个建筑物的抗震性能大大提高，确保整个建筑物的安全性。

1.2 建筑结构的隔震技术

隔震措施往往会有一定的时间限制，因此建筑的隔震设计应该抢在建筑工程正式开工前，最晚也不能拖到建筑工程施工的时候再针对一些关键的部位设计隔震措施。隔震措施设计时应该选择恰当的部位，一般都是选择建筑的关键部位以及基础部位。

一般减震措施不会设置使用时间限制，可以在建筑工程施工前针对基础部分作出相应的处理，在局部设置一些减震措施，也可以在建筑工程竣工后设计一些减震措施，增加建筑物阻尼，进一步加固建筑物的防震性能。而且减震措施不仅可以用于建筑物的上部结构，也可以用于隔震夹层，因此适用范围相对比较大。减震技术的主要作用机制是布置建筑物结构的相关元件，附加消能减震装置，增加结构的阻尼比，从而对建筑结构的变形进行预估管理，一旦感受到地震能量的情况下，附加消能装置会将部分能量吸收，这样可有效保护建筑主体结构，避免建筑受到震害的严重破坏。

目前已经有很多资料报道表明，在建筑结构中采用消能减震措施，可以在很大程度上增强整个建筑物的抗震性能。减震结构具有很多种种类，本文主要介绍较为常见的跷动振动控制技术以及无粘结支撑体系减震技术，这两种减震技术的地震反应更加激烈且快速。其中无粘结支撑体系，主要是在介于外包混凝土和内钢支撑之间存在的滑移界面上涂抹无粘结漆，这样建筑物的压力主要由内钢承担，而外钢起到辅助作用，内外钢相互协同作用可以很快消散地震能量。无粘结支撑体系减震技术的技术难度比较大，主要是因为其对减震结构设计以及每个相关部件的计算都有非常高的要求，在实际应用中操作难度系数较大。而跷动减震技术主要是在竖向上处理建筑和建筑结构的地震力，将其转移到竖向连续墙、较大柱等部分和下部基础，这样可以避免建筑中相对薄弱的结构以及构件不会受到强烈地震的破坏。

2 不同部位的减震措施以及隔震措施

不同的建筑物场地种类，相应的隔震技术也有有所不同，目前很多工程实践表明，隔震房屋应该采用硬土场地。如果隔震房屋选择弱土场地建设的话，地震造成的破坏可能不会减少，反而会扩大，这主要是由于地震波的中频分量、高频分量会被弱土地过滤掉，增加结构周期，使地震效应延长，这样不仅不会减轻地震效应，反而会增加地震效应。因此，在选用消能隔震技术之前，应该仔细调查、分析建筑场地。

2.1 隔震地基材料

建筑物不同的情况下，应该选择不同的地基材料，这也是导致地震波反应差异的一个主要原因。在隔震措施中，可以在建筑物地基建设中选用特殊的材料减轻地震波，进而减弱建筑物对于地震的震感。以往建筑物的基础处理主要是采用砂子和粘土进行垫层，也有的人会采用糯米垫层进行抗震，经过相关的研究和试验表明，在建筑物的隔震层采用以沥青为原料的新型材料，产生的隔震效果非常好。

2.2 基础隔震结构

所谓基础隔震，主要指建筑基础部分将地震波消耗掉，阻断地震波向上部结构传导，这样可有效减少甚至避免建筑上部结构受到的地震破坏。一般情况下，都会在建筑基础和上部结构之间设置一个隔震装置，外形比较规则的底层建筑相比高层建筑而言，隔震装置的抗震效果会更显著。这主要是由于高层建筑结构中设置隔震装置，会使建筑结构自振周期延长，进而减弱隔震效果。

2.3 层间隔震装置

最开始采用层间隔震措施主要是为了将耗能减震装置安装在原结构上，这个减震装置的结构主要包括隔震支座以及质量，一旦发生地震的情况下，质量减震以及装置隔震会发生协同作用，将地震能量吸收，使地震损害减弱，这样也可以降低地震对于建筑结构的影响。实际上，隔震技术和抗震技术的结合也就是层间隔震，但是相对于基础隔震技术而言，层间隔震的减震效果会降低20%左右。层间隔震技术的抗震效果虽然并不是很明显，但是这种技术的应用相当广泛，可以在新建建筑物中应用，也可以加固既有建筑物。可以采用橡胶作为隔震装置的支座材料，只要将原结构隔热层或者结构夹层进行改建，就可以实现减震目的。

2.4 悬挂隔震技术

所谓悬挂隔震，其基本作用原理是避免地面地震波向建筑主体结构传递，这样可最大限度的保护建筑物主体结构。由此可见，大部分悬挂隔震装置结构的质量，有可能是所有质量都在地面上悬挂，一旦发生地震，建筑结构上层的分离会无法产生惯性力，这样可以起到很好的隔震目的。相对于其他技术而言，悬挂隔震技术的适用范围并不广泛，其主要应用于大型钢结构、钢结构等，同时也会分为主框架以及子结构两个部分，将子结构悬挂起来，这样就可以分离主框架结构和子结构。地震波达到事先的悬挂部位时，会大大减少地震波产生的能量，将地震传递阻断，这样有利于减轻建筑在地震事故中受到的破坏。

3 减震技术措施

在高层建筑设计时应选用具有较大阻尼结构类型和体系。同时为了提高结构的阻尼，也可以在结构上设置阻尼器以吸收地震输入能量，减少结构的变形。结构的抗震能力是由承载力和变形能力两者共同决定的。地震反应分析的着眼点应该是变形能力，当地震力达到结构屈服抗力以后，目前高层建筑设计过程中主要采用强柱弱梁、强节点弱构件与强化梁柱塑性铰的方法来提高建筑结构的延性。

总而言之，隔震和减震设计是现代建筑结构设计的重要内容，在建筑物的隔震减震设计中应该仔细检验测定建筑隔震装置构件的性能参数，而且应该严格根据相关规范安装、检测装置，保证隔震减震装置的各项基本性能。

参考文献

[1] 吴星海.建筑结构隔震与减震设计问题分析与措施探讨，科技风，2014，12，166.