郭 士 剛

(甘肅省工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中減震與隔震方案設(shè)計(jì)

郭 士 剛

(甘肅省工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030)

以現(xiàn)階段建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作情況為基礎(chǔ)，結(jié)合近年來(lái)減震和隔震方案設(shè)計(jì)特點(diǎn)，分析了實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中減震和隔震的方案，旨在減少地震對(duì)建筑物的影響。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減震，隔震，建筑物

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩方面，本文主要以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，分析其中的減震和隔震方案設(shè)計(jì)。

1 建筑結(jié)構(gòu)的隔震與減震技術(shù)分析

通常情況下，結(jié)合建筑的阻尼和地震能量之間的關(guān)系可以達(dá)到減震的效果。提升建筑的阻尼可以消耗大量的地震能量，減震方案也是依據(jù)提升建筑的阻尼來(lái)達(dá)到降低地震力量的目標(biāo)，促使建筑的主體結(jié)構(gòu)受到的影響得到減少。有關(guān)設(shè)計(jì)消能部件數(shù)量、實(shí)際位置設(shè)計(jì)等劃分問(wèn)題等，需要通過(guò)認(rèn)證研究和計(jì)算才能明確。一般在結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向設(shè)計(jì)消能構(gòu)件，從而滿(mǎn)足增加兩個(gè)方向的阻尼和剛度的目標(biāo)。在極少數(shù)的背景下，于結(jié)構(gòu)變形較大的位置安裝消能結(jié)構(gòu)，可以讓整體建筑的阻尼得到平衡，從而劃分地震的能量，以此提升整體建筑物抗震性能，確保整體建筑物的安全。

隔震方案存在一定的時(shí)間約束，需要在建筑工程實(shí)施之前就明確隔震設(shè)計(jì)方向，最晚不能超過(guò)建筑施工工作，對(duì)于一些重點(diǎn)位置進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)。應(yīng)用隔震方案的位置也存在一定的選擇性，一般情況下，只是在建筑的基礎(chǔ)位置和重點(diǎn)位置進(jìn)行隔震。

減震方案不存在時(shí)間約束，其不但可以在建筑實(shí)施之前對(duì)建筑的基礎(chǔ)位置進(jìn)行減震，在建筑物的周邊實(shí)施減震工作，還可以在建筑物建設(shè)工作結(jié)束之后進(jìn)行加固工作，促使建筑物阻尼得到提升，從而滿(mǎn)足減震工作的需求和目標(biāo)。減震方案可以在很多區(qū)域應(yīng)用，其中不但包含了建筑物的上部結(jié)構(gòu)，也包含了隔震夾層。

作為減震技術(shù)，其自身的構(gòu)成和工作原理主要是依據(jù)在建筑物結(jié)構(gòu)的相應(yīng)元件上安裝可以降低能量的減震設(shè)施，促使結(jié)構(gòu)的阻尼得到提升，從而對(duì)預(yù)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)變形實(shí)施管理，在地震出現(xiàn)之際，附加消能設(shè)施可以吸收一部分能量，對(duì)建筑主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的防護(hù)工作，促使其不會(huì)受到地震的嚴(yán)重影響。

通過(guò)實(shí)踐案例研究可知，建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)用消能減震的效果非常明顯，其有效增強(qiáng)了建筑物的抗震水平。減震結(jié)構(gòu)的類(lèi)型較多，本文主要是對(duì)兩方面的減震技術(shù)進(jìn)行研究，一方面是無(wú)粘結(jié)支撐體系，另一方面是蹺動(dòng)振動(dòng)控制技術(shù)。這兩種技術(shù)在實(shí)際發(fā)展中都是經(jīng)常應(yīng)用的，與其他的技術(shù)對(duì)比分析，這兩種技術(shù)更具備及時(shí)、激烈的地震反應(yīng)。前者主要是將無(wú)粘結(jié)漆涂抹在內(nèi)鋼支撐于外包混凝土之間構(gòu)成滑移界面，內(nèi)鋼承擔(dān)起建筑物，外鋼實(shí)施輔助工作，依據(jù)兩者的結(jié)合可以有效拓展地震的能量。這種減震技術(shù)對(duì)各個(gè)零件和減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算要求非常高，這樣促使技術(shù)的操作難度也非常的大，不是一個(gè)容易操作的技術(shù)。后者是豎向地將建筑結(jié)構(gòu)、豎向連續(xù)墻等位置與下部基礎(chǔ)不堅(jiān)固處理，這樣在強(qiáng)大的地震影響下，較為薄弱的區(qū)域和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)受到嚴(yán)重的影響[1]。

2 不同區(qū)域的隔震和減震方案分析

建筑物所在區(qū)域的差異性會(huì)改變隔震技術(shù)的應(yīng)用要求，依據(jù)對(duì)現(xiàn)階段工程建筑實(shí)踐的研究可知，硬土地場(chǎng)所更滿(mǎn)足建設(shè)隔震房屋的需求。弱土場(chǎng)地所構(gòu)建的隔震房屋在受到地震影響之后會(huì)拓展，這是由于弱土場(chǎng)所會(huì)自主過(guò)濾掉地震波的中高頻風(fēng)量，以此導(dǎo)致解耦股的周期不斷提升，從而延伸了地震效應(yīng)，但實(shí)際地震能量并沒(méi)有減少。由此可見(jiàn)，應(yīng)用消能隔震技術(shù)之前，需要對(duì)建筑場(chǎng)所實(shí)施深入的研究和分析。

第一，隔震地基素材。不同的建筑物所應(yīng)用的地基素材也存在一定的差異性，這也是地震波反應(yīng)存在差異性的主要影響因素之一?？梢詰?yīng)用特殊素材對(duì)建筑物的地基來(lái)降低地震波，從而確保建筑物在地震過(guò)程中受到的震感減小。在以往的建筑物設(shè)計(jì)中，一般情況下是應(yīng)用粘土和砂子實(shí)施打基底工作，之后也有人應(yīng)用糯米墊層分析抗震，在長(zhǎng)時(shí)間的研究和實(shí)驗(yàn)中可知，應(yīng)用瀝青為原素材的新型材料設(shè)計(jì)隔震層可以達(dá)到優(yōu)質(zhì)的隔震效果[2]。

第二，基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)隔離是建筑基礎(chǔ)位置消耗的地震波，促使其難以傳導(dǎo)到建筑上部結(jié)構(gòu)中，在一定意義上降低或者是解除了地震對(duì)建筑上部結(jié)構(gòu)的損耗。在實(shí)際發(fā)展中，于基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)間安裝隔震裝置，與高層建筑相比，外形規(guī)則的低層建筑應(yīng)用隔震裝置更為有效，出現(xiàn)這一情況的主要原因是高層建筑安裝隔震裝置會(huì)增加建筑結(jié)構(gòu)自振的時(shí)間，從而導(dǎo)致隔震效果并不理想。目前有關(guān)基礎(chǔ)隔震的技術(shù)和理念在不斷地優(yōu)化和推廣。

第三，層間隔震裝置。設(shè)計(jì)這一裝置最初是為了在原結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)耗能減震的裝置，這一設(shè)施是由質(zhì)量和隔震支座一起構(gòu)成的，在地震來(lái)臨之際，裝置隔震和質(zhì)量減震一起合作發(fā)展可以吸收更多的地震力量，減少地震帶來(lái)的損耗，降低地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。因此，抗震技術(shù)與隔震技術(shù)的結(jié)合就是層間隔震，但是層間隔震的減震效率要低于基礎(chǔ)隔震技術(shù)，達(dá)到了20%左右，雖然層間隔震技術(shù)并沒(méi)有獲取優(yōu)異的成績(jī)，但是這一技術(shù)得到了有效的推廣和應(yīng)用，不但可以在新建筑物中應(yīng)用，還可以對(duì)已經(jīng)建設(shè)的建筑物實(shí)施鞏固加工，隔震裝飾的支座素材可以選擇橡膠的，結(jié)合創(chuàng)新結(jié)構(gòu)夾層或者是原結(jié)構(gòu)隔熱層，可以達(dá)到減震的目標(biāo)[3]。

第四，懸掛隔震。這一工作原理是阻礙地面的地震波上傳到建筑主體結(jié)構(gòu)上，預(yù)防主體結(jié)構(gòu)受到影響。因此，這一裝置結(jié)構(gòu)一大部分或者說(shuō)是整體質(zhì)量都懸掛在地面上，在地震來(lái)臨之際，建筑結(jié)構(gòu)上層的分離難以產(chǎn)生慣性力，從而達(dá)到隔震的目標(biāo)。懸掛隔震技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域與其他技術(shù)相比并不廣闊。大型鋼結(jié)構(gòu)是其重要的應(yīng)用結(jié)構(gòu)，也分為主框架和子結(jié)構(gòu)兩方面，懸掛子結(jié)構(gòu)，主框架結(jié)構(gòu)就會(huì)與子結(jié)構(gòu)分離。在地震波達(dá)到懸掛位置的過(guò)程中，地震能量也會(huì)迅速降低，從而有效控制地震的傳遞，減少建筑在地震中的損耗。

第五，建筑走向垂直震向。通過(guò)實(shí)踐案例研究分析可知，地震震向?qū)?huì)影響建筑在地震過(guò)程中受到的影響，平行于地震震向的建筑物要比垂直于地震震向的建筑物受到的影響和損耗更大。此時(shí)的地震波變化方向可以依據(jù)地震震向展現(xiàn)，在建筑與地震波變化方向相同的過(guò)程中，對(duì)于垂直在地震波方向的建筑而言，其變化較大，受到的影響更為嚴(yán)重。地震與地理位置關(guān)系較為密切，在建筑物的抗震減震設(shè)計(jì)過(guò)程中需要強(qiáng)烈關(guān)注這一問(wèn)題，結(jié)合建筑物所在區(qū)域的地質(zhì)特點(diǎn)，深入分析所在區(qū)域的地震震向，盡最大可能確保建筑的走向與地震方向是垂直的，從而在基礎(chǔ)上減少地震對(duì)建筑的影響[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

在結(jié)構(gòu)隔震和減震設(shè)計(jì)中，需要深入了解隔震裝置的相關(guān)性能信息，關(guān)注各方面需要注意的問(wèn)題，嚴(yán)謹(jǐn)依據(jù)設(shè)計(jì)步驟來(lái)安裝隔震和減震設(shè)施，同時(shí)還要正確設(shè)計(jì)安裝的位置，對(duì)建筑物的方向、所在區(qū)域的地震情況等進(jìn)行了解，不斷優(yōu)化和創(chuàng)新各種隔震、減震技術(shù)，拓展其應(yīng)用的范圍，從而展現(xiàn)自身的影響力。另外，減少地震對(duì)建筑物的影響，防止其產(chǎn)生嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，也可以保障人身財(cái)產(chǎn)安全。

[1] 許楚平.高烈度地震區(qū)結(jié)構(gòu)隔震和消能減震設(shè)計(jì)[J].浙江建筑,2016(11):16-20.

[2] 王金宇.淺議高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的隔震減震措施[J].江西建材,2017(1):56-58,180.

[3] 殷 利.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的隔震減震措施[J].住宅與房地產(chǎn),2017(9):116.

[4] 唐家祥.隔震與消能減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)定——《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂簡(jiǎn)介(七)[J].工程抗震,2015(3):13-17.

Ondesignfordampingandseismicisolationschemeinstructuraldesign

GuoShigang

(GansuEngineeringDesignInstituteCo.,Ltd,Lanzhou730030,China)

Based on the design for the architectural structures currently, the paper analyzes the damping and seismic isolation scheme by combining with the design features for the damping and seismic isolation schemes in recent years, so as to reduce the influence of the earthquake on the buildings.

structural design, damping, seismic isolation, building

1009-6825(2017)23-0042-02

2017-06-03

郭士剛(1982- )，男，碩士，工程師

TU318

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