【摘要】中國目前正處于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)趨勢之下，設(shè)計(jì)量及建設(shè)量都是巨大的。在如此熱烈的基建熱潮下，建筑工程的安全問題也越來越重要。而中國大陸多地處在地震頻發(fā)地帶，地震災(zāi)害來臨時，建筑物中都是采取哪些方法應(yīng)對的？國家規(guī)范要求的“小震不壞，中震可修，大震不倒”是如何達(dá)到的？本文將簡單論述中國地區(qū)現(xiàn)代建筑中常用的抗震減震方法。

【關(guān)鍵詞】減震；阻尼器；耗能器

1、概述

中國大陸地區(qū)多地處在地震頻發(fā)地帶，而從記載中的地震情況看來，中國大陸地震災(zāi)害主要有以下一些特點(diǎn)：（1）高震級地震災(zāi)害次數(shù)高，尤其是在主震發(fā)生后發(fā)生的余震頻發(fā)，且余震的震級往往也很高，這使得災(zāi)害帶來的損失成疊加效果；（2）次生災(zāi)害嚴(yán)重，這帶來的后果是救援安置問題難以妥善解決。地震發(fā)生地區(qū)往往是欠發(fā)達(dá)地區(qū)，地形因素復(fù)雜，帶來諸如泥石流，滑坡等次生災(zāi)害。（3）地震災(zāi)害造成的后果往往與建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量有著很大關(guān)系，很多地震發(fā)生地區(qū)建筑設(shè)計(jì)施工市場混亂， 缺乏監(jiān)管，在自然因素之外，人為地加大了災(zāi)害的損失程度。因此，中國大陸地區(qū)建筑設(shè)計(jì)中的抗震減震設(shè)計(jì)是本文著重探索的方向，試圖舉例論述目前中國地區(qū)常用的建筑抗震減震方法。

2、抗震減震結(jié)構(gòu)

嚴(yán)格意義上的區(qū)分，抗震結(jié)構(gòu)和減震結(jié)構(gòu)是兩種不同的概念：抗震結(jié)構(gòu)多是對建筑物本身進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過對建筑物的結(jié)構(gòu)性的抗震設(shè)計(jì)，包括提升材料強(qiáng)度，剛度及延展性等性能，從而達(dá)到降低地震對建筑物帶來的災(zāi)害。而減震結(jié)構(gòu)多是在建筑物本體的基礎(chǔ)上，額外裝置的外置設(shè)施，在一定程度上減弱地震所釋放出的勢能。而抗震結(jié)構(gòu)一般在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)中基本上都會在前期設(shè)計(jì)中有所考慮，而減震結(jié)構(gòu)則作為一種可以附加的裝置，通常配合建筑物的更新迭代而且隨著時代的變化，材料和技術(shù)的不斷提升，有著很大的提升空間。

2.1傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)意義上的結(jié)構(gòu)抗震方式是通過增強(qiáng)建筑物結(jié)構(gòu)本身的抗震性能，其中主要考察的性能包括強(qiáng)度、剛度及延性等，從而抵御地震、風(fēng)、雪、海嘯等對建筑物造成的損害。大部分自然災(zāi)害對建筑物所作用的強(qiáng)度和性狀往往不能十分準(zhǔn)確的勘定，而通過傳統(tǒng)方式的抗震方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的建筑物結(jié)構(gòu)很大程度上不具備良好的自我調(diào)節(jié)能力，而且傳統(tǒng)的抗震方法在做法上往往不具有很強(qiáng)的后期修繕的可能性，因此當(dāng)具有強(qiáng)大破壞力的地震來臨之際，往往會造成十分嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

2.1.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

根據(jù)所選建筑材料采用不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)建建筑，利用力學(xué)原理，以充分發(fā)揮出材料的性能，常見的結(jié)構(gòu)有：磚混結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，磚木結(jié)構(gòu)等，近現(xiàn)代利用仿生學(xué)的相關(guān)研究也有如薄殼結(jié)構(gòu)，薄膜結(jié)構(gòu)等

2.1.2材料

材料的性能直接決定建筑本身各種屬性，巧妙利用材料的硬度，延展性，韌性，密度等屬性，如恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)用活性炭可以大幅減輕承重壓力，往往能起到意想不到效果。

2.1.3環(huán)境

不同的環(huán)境往往對建筑體本身有較大影響，風(fēng)力，雨水，沙塵等都是建造時需要考慮的因素，而充分利用好地勢，風(fēng)向等則可事半功倍。

2.2消能減震結(jié)構(gòu)

消能減震結(jié)構(gòu)在通常意義上的做法是將傳統(tǒng)形式的建筑結(jié)構(gòu)中某些構(gòu)件（諸如剪力墻，連接件等部件）以能夠消減勢能的桿件作替代，或者在原有基礎(chǔ)上加裝消能裝置（如圖2.1所示）。在較高級別地震發(fā)生的過程中，消能構(gòu)件或裝置首先被壓縮后進(jìn)入彈性狀態(tài)，產(chǎn)生較大阻尼，以此消耗輸入結(jié)構(gòu)中的地震能量，使減震結(jié)構(gòu)最大程度地避免出現(xiàn)明顯的非彈性狀態(tài)，從而有效的迅速衰減結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，從而達(dá)到保護(hù)主體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件在地震中免遭破壞的目的。以減震結(jié)構(gòu)對地震反應(yīng)的大小為控制標(biāo)準(zhǔn)，判斷其消能結(jié)構(gòu)的減震效果。對消能減震結(jié)構(gòu)的減震性能產(chǎn)生影響的因素有很多，如阻尼器的剛度、阻尼系數(shù)，地震波的峰值等。以下介紹幾種常見的消能結(jié)構(gòu)：

2.2.1粘滯耗能器

粘滯耗能器是通過高粘性的液體（如硅油）中活塞或平板的運(yùn)動耗能。這種耗能器的耗能能力與環(huán)境溫度、振動頻率與振幅有關(guān)，材料在適當(dāng)?shù)臏囟取㈩l率和振幅范圍內(nèi)具有更強(qiáng)的能量耗散能力。其中筒式流體消能器和粘滯阻尼墻是兩種常見的粘滯耗能器。

（1）筒式流體消能器

筒式流體耗能器主要由主缸、副缸、導(dǎo)桿、活塞、阻尼材料（硅油或液壓油）以及阻尼孔等部分組成。通過設(shè)置在其中的活塞桿在柱體中往復(fù)移動，從而迫使流體通過氣孔或間隙產(chǎn)生阻尼力的方式，粘滯耗能器不會在建筑物自身的基礎(chǔ)上提供附加的剛度，因而不會改變建筑物結(jié)構(gòu)的自振特性。

（2）粘滯阻尼墻

粘滯阻尼墻通過設(shè)置在內(nèi)部的粘滯材料發(fā)生剪切變形產(chǎn)生阻尼力，它主要由襯板，內(nèi)部和外部之間的外壁板和鋼板粘性液體（聚合物）部分組成，內(nèi)襯板固定在上層，外壁板固定 在低地板上，沿著壁板上的外部激勵運(yùn)動，高阻尼材料剪切變形，導(dǎo)致阻尼力，從而實(shí)現(xiàn)地震輸入能量消耗的目的，其恢復(fù)力特性與筒式流體消能器接近。粘滯阻尼墻設(shè)置在墻壁內(nèi)部，通過充分利用墻壁空間，通過調(diào)整內(nèi)部剪切板阻尼墻墻面尺寸和片數(shù)提供所需的阻尼力，有效地提高結(jié)構(gòu)的阻尼，以減少結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，且墻體狀外形容易被建筑師接受。粘滯阻尼墻由于其顯見的優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于高層建筑、橋梁、建筑結(jié)構(gòu)抗震改造、工業(yè)管道設(shè)備抗振、軍工等領(lǐng)域。

2.2.2粘彈性耗能器

原理：粘彈性耗能器是由異分子共聚物或玻璃質(zhì)物質(zhì)等粘彈性 材料和鋼板夾層組合而成。在交變軸向外力作用下，外部約 束鋼板與中間鋼板產(chǎn)生往復(fù)相對運(yùn)動，使粘彈性材料產(chǎn)生剪 切變形來吸收和耗散輸入的能量，是一種有效的被動耗能裝 置，粘彈性耗能器的滯回曲線呈橢圓形。

應(yīng)用：粘彈性耗能器由 于結(jié)構(gòu)形式簡單，造價合理，且在任何位移下都能有效耗能， 故經(jīng)常用于高聳結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)。

2.2.3軟鋼耗能器

鋼材是應(yīng)用中最廣泛采用的建筑材料之一。鋼材在不發(fā)生斷裂的情況下具有良好的耗能能力。因此金屬屈服型耗消能器中廣泛采用鋼材作為耗能材料，采用低強(qiáng)度高延性鋼材的耗能器也稱為軟 鋼耗能器。其耗能機(jī)理是利用鋼材屈服后的塑性變形和滯回耗能來耗散地震能量，從而達(dá)到減小結(jié)構(gòu)反應(yīng)的目的。常見的軟鋼耗能器主要有鋼棒耗能器、軟鋼剪切耗能器、錐形鋼耗能器等。特點(diǎn)：性能穩(wěn)定，安裝方便，自重輕輕，易于拆卸和更換。

2.2.4摩擦耗能器

摩擦能量耗散器使用了固體金屬部件的相對滑動摩擦，而金屬介面金屬一般用鋼和銅、黃銅與鋼等。這種耗能器耗能明顯，可提供較大的附加阻尼。后摩擦能量耗散效應(yīng)間的相對滑動摩擦表面，并與振幅和振動頻率的大小，重復(fù)載荷下摩擦可以穩(wěn)定能源消耗的性能。通過調(diào)整摩擦表面的表面壓力，可調(diào)整摩擦力，在滑動發(fā)生前不能使用，廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

總結(jié)：

我國對于地震工程成系統(tǒng)的研究工作始源于20世紀(jì)初，經(jīng)歷數(shù)十年的發(fā)展，直到1959年，我國第一本參考前蘇聯(lián)地震區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范CH-8-57而編寫的《地震區(qū)建筑規(guī)范（草案）》才問世。經(jīng)過逐年的完善和拓展，逐漸發(fā)展成如今較為完善的一系列針對地震區(qū)建筑的規(guī)范及法律。隨著我國經(jīng)濟(jì)水平不斷上升，大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將推動一系列建筑技術(shù)發(fā)展，與此同時，為保障國民正常生活生產(chǎn)的建筑技術(shù)也將得到發(fā)展，其中便包括與地震災(zāi)害相關(guān)聯(lián)的建筑物抗震減震方法。因此，本文從各類抗震減震方法為出發(fā)點(diǎn)，著重對減震方法進(jìn)行初步探索，這也在一定程度為將來深入研究起到鋪墊作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭凌云，常健，蘇經(jīng)宇，秦麗.具有復(fù)阻尼特征板式變摩擦阻尼器滯回性能研究[J].振動與沖擊，2017，36（18）：189-195.

[2]劉水，張明，管宏瀟，施冬，黃坤耀.框架-核心筒高層結(jié)構(gòu)的消能減震設(shè)計(jì)[J].結(jié)構(gòu)工程師，2017，33（04）：27-31.

[3]戴陸輝，翁大根.耗能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用研究[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2017，44（13）：10-12.

[4]王軍寶，趙航.建筑結(jié)構(gòu)隔震與減震設(shè)計(jì)研究[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2017，44（11）：31-32.

[5]任文杰，牛杰，何小林.新型自復(fù)位變摩擦阻尼器力學(xué)性能研究[J].工程抗震與加固改造，2017，39（02）：136-142+135.

[6]俞欣，李緣，傅愛華.剪切型軟鋼阻尼器在某工程中的應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu)，2016，46（S1）：412-418.

[7]張忠良.建筑結(jié)構(gòu)的抗震與減震之比較分析[J].四川水泥，2016（02）：16+21.

[8]張璐，尹曉嬌.小議工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[J].信息化建設(shè)，2015（12）：278.

[9]趙儷雅.軟鋼阻尼器的試驗(yàn)及設(shè)計(jì)優(yōu)化[D].昆明理工大學(xué)，2015.

[10]孫亞娟.粘滯阻尼器在中小學(xué)框架結(jié)構(gòu)校舍抗震加固中的應(yīng)用研究[D].昆明理工大學(xué)，2013.

[11]邢書濤.新型軟鋼阻尼器及其在結(jié)構(gòu)控制中的應(yīng)用研究[D].中國地震局工程力學(xué)研究所，2003.

[12]白雪霜.結(jié)構(gòu)抗震加固和消能減震優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[D].中國建筑科學(xué)研究院，2002.

[13]周云，鄧雪松，黃文虎.耗能減震結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)方法[J].世界地震工程，1998（04）：49-56.

作者簡介：

楊思宇，遼寧省實(shí)驗(yàn)中學(xué)，遼寧沈陽。