摘 要：如今我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市化進(jìn)程加快，各類(lèi)建筑工程項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的隔震減震技術(shù)提出了更高的要求。文章闡述了現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，分析了加強(qiáng)隔震減震技術(shù)應(yīng)用。結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)際，對(duì)彈簧隔振系統(tǒng)、液體阻尼器及諧振質(zhì)量阻尼器等隔震減震技術(shù)的原理及設(shè)計(jì)應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了探究，希望能為相關(guān)設(shè)計(jì)單位及技術(shù)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；隔震減震技術(shù)文章編號(hào)：2095-4085（2024）06-0094-03

0 引言

建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力將直接影響其穩(wěn)定性、安全性和使用壽命。尤其在如今結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜、體量越來(lái)越大的高層建筑中，隔震減震設(shè)計(jì)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。為了提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，傳統(tǒng)方式通常采用加強(qiáng)材料和增加支撐等方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，但這些方法在面對(duì)較大地震沖擊時(shí)可能顯得不夠有效。近年來(lái)，隔震減震技術(shù)逐漸成為一種在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中備受推崇且有效的技術(shù)方法。比如通過(guò)在建筑基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置特殊裝置，在發(fā)生地震時(shí)可實(shí)現(xiàn)耦合作用，并將部分或全部沖擊力轉(zhuǎn)移到這些設(shè)備上，從而保護(hù)主體結(jié)構(gòu)免受極端振動(dòng)損害。隨著科學(xué)技術(shù)和工程設(shè)計(jì)理念的不斷進(jìn)步，有必要進(jìn)一步結(jié)合現(xiàn)代建筑特征，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的隔震減震技術(shù)進(jìn)行深入探究。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隔震減震技術(shù)概述

1.1 震動(dòng)對(duì)建筑的影響

從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的隔震減震角度來(lái)講，震動(dòng)主要是指因地質(zhì)活動(dòng)或其他外部因素導(dǎo)致的建筑物出現(xiàn)不同幅度位移的情況。震動(dòng)的出現(xiàn)會(huì)直接對(duì)建筑結(jié)構(gòu)及相關(guān)構(gòu)件施加外力影響，同時(shí)還可能引發(fā)共振問(wèn)題，引發(fā)更為嚴(yán)重的后果。在建筑物的抗震處理中，地震作為一種較為激烈的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)建筑物帶來(lái)的威脅不言而喻，其破壞性力量可導(dǎo)致建筑物發(fā)生損毀、倒塌甚至造成人員傷亡。地震產(chǎn)生的振動(dòng)傳輸?shù)浇ㄖY(jié)構(gòu)中，使其受力變化劇烈，容易引發(fā)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或者應(yīng)力過(guò)大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。因此，在設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中采取措施來(lái)提高建筑抗震能力顯得尤為重要［1］。

1.2 傳統(tǒng)的隔震減震技術(shù)

關(guān)于建筑物的隔震減震，一直都是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容，但傳統(tǒng)的加固補(bǔ)強(qiáng)方法主要以增加支撐、加固材料以及改善結(jié)構(gòu)剛度等方法實(shí)現(xiàn)。雖然這些方法在一定程度上可以提升建筑物的抗震能力，但仍存在一些局限性。首先，傳統(tǒng)加固補(bǔ)強(qiáng)需要大量材料和人工投入，不僅會(huì)導(dǎo)致成本投入增加，并且還可能會(huì)打亂原有使用空間布置。其次，加固補(bǔ)強(qiáng)需要進(jìn)行復(fù)雜的施工操作，可能需要暫停使用期間進(jìn)行工程實(shí)施，導(dǎo)致建筑停工和經(jīng)濟(jì)損失。另外，采取單一性加固措施的建筑在應(yīng)對(duì)地震產(chǎn)生的振動(dòng)方面過(guò)度依賴(lài)材料或結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，不能完全消除結(jié)構(gòu)受力集中的問(wèn)題?？偟膩?lái)講，傳統(tǒng)方法雖然能夠提高建筑的抗震性能，但在應(yīng)對(duì)較大地震沖擊時(shí)可能存在一定程度的不足。因此，尋找一種更為有效且具有經(jīng)濟(jì)可行性的解決方案是非常必要的。

1.3 隔震減震技術(shù)

近年來(lái)，隔震減震技術(shù)作為一種新興而備受關(guān)注的抗震措施，主要是通過(guò)引入特殊裝置將建筑物與地基或周?chē)h(huán)境分離，在地震發(fā)生時(shí)實(shí)現(xiàn)“隔離”作用。通過(guò)科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與適當(dāng)?shù)脑O(shè)施配置，降低由地面運(yùn)動(dòng)引起的風(fēng)險(xiǎn)，并將部分或全部沖擊力轉(zhuǎn)移至設(shè)備上從而保護(hù)主體結(jié)構(gòu)免遭破壞。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，如今建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中用到的隔震減震技術(shù)可以分為兩類(lèi)：其一，被動(dòng)式隔震系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置彈簧、擺動(dòng)支承或液體阻尼器等裝置，實(shí)現(xiàn)建筑與地基之間的隔離。這些裝置能夠吸收和抵消地震產(chǎn)生的振動(dòng)能量，減小建筑物受力，并且對(duì)結(jié)構(gòu)剛性變化影響較小。其二，主動(dòng)式減震系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通過(guò)控制器和執(zhí)行器等電氣或液壓裝置來(lái)感知并降低地震引起的振動(dòng)。主動(dòng)式減震技術(shù)可以實(shí)時(shí)響應(yīng)不同的地震波形，并迅速調(diào)整阻尼力或位移來(lái)降低結(jié)構(gòu)受力。無(wú)論是被動(dòng)式還是主動(dòng)式隔震減震系統(tǒng)，它們都在很大程度上提高了建筑物的抗震能力，減少了地震災(zāi)害可能帶來(lái)的破壞。近年來(lái)，在全球范圍內(nèi)有越來(lái)越多 的建筑項(xiàng)目受到建造高度、外部環(huán)境及內(nèi)部功能性等方面的影響，擁有非常高的隔震減要求。而諸多現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新材料和設(shè)計(jì)方法也為隔 等方面獲得了顯著突破［2］。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)隔震減震技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 彈簧隔振系統(tǒng)

2.1.1 原理及特征

彈簧隔振系統(tǒng)是一種當(dāng)前多種結(jié)構(gòu)中都得到重要應(yīng)用的減震技術(shù)，通過(guò)使用彈性材料來(lái)減少建筑物受到地震或其他外部力量影響時(shí)的振動(dòng)。其基本原理是利用彈簧的柔軟性和能儲(chǔ)存勢(shì)能的特性，將建筑結(jié)構(gòu)與地面分離，從而減輕地震或其他沖擊帶來(lái)的損害。具體來(lái)講，彈簧隔振系統(tǒng)由以下幾個(gè)關(guān)鍵部分構(gòu)成：其一，支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)是指將建筑物連接到地面并承載其負(fù)荷的主要框架，如混凝土墻、鋼制柱子等。其二，隔震裝置。隔震裝置中，通常涉及到鋼板、橡膠墊、液壓缸等多個(gè)剛度調(diào)節(jié)設(shè)備，以及高度可壓縮且具備一定力學(xué)強(qiáng)度的彈性元件。通過(guò)將這些構(gòu)件安裝在建筑支撐結(jié)構(gòu)上，當(dāng)建筑物在受到震動(dòng)影響時(shí)，隔震裝置發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)減少震動(dòng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響。其三，連結(jié)裝置。連結(jié)裝置主要用于將隔震裝置與建筑物其他部分連接起來(lái)，以確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。這些連接通常由金屬材料制成，并能夠承受地震或其他外部力量產(chǎn)生的拉壓應(yīng)力。

彈簧隔振系統(tǒng)利用彈簧的柔軟性將建筑物從地面分離出來(lái)，當(dāng)?shù)卣鸹蚱渌麤_擊作用到建筑物上時(shí)，彈簧會(huì)吸收一部分能量并將其轉(zhuǎn)化為勢(shì)能儲(chǔ)存下來(lái)。因此，當(dāng)震動(dòng)過(guò)去后，勢(shì)能被釋放回給建筑物，使其得以恢復(fù)原始位置，從而降低了結(jié)構(gòu)所受到的沖擊和振動(dòng)。

2.1.2 應(yīng)用要點(diǎn)

（1）整體設(shè)計(jì)。在基于彈簧隔振系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，需要仔細(xì)評(píng)估特定場(chǎng)所的地質(zhì)和氣象條件，并根據(jù)預(yù)計(jì)的地震活動(dòng)水平選擇合適的減震方案。同時(shí)還需考慮建筑物自身重量及荷載情況、周?chē)h(huán)境特征等相關(guān)因素。

（2）材料選取。在彈簧隔振系統(tǒng)中，選擇適當(dāng)?shù)膹椥圆牧蠈?duì)于系統(tǒng)性能至關(guān)重要。常見(jiàn)的材料包括金屬螺旋彈簧行、橡膠墊等。同時(shí)在應(yīng)用中，要求這些材料必須具有足夠的韌性、耐久性和抗疲勞性，在地震或其他外部沖擊下能有效減震。

（3）施工與調(diào)試。在建筑施工中安裝彈簧隔振系統(tǒng)時(shí)，需要確保每個(gè)隔離單元之間的剛度相近，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工。施工完成后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試以確保其正常運(yùn)行。

（4）維護(hù)和監(jiān)測(cè)。彈簧隔振系統(tǒng)在現(xiàn)代建筑中被廣泛應(yīng)用，但其本身存在功能上的重要性以及在建筑結(jié)構(gòu)中的特殊性，這意味著建筑建成使用后要針對(duì)該系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測(cè)。特別是對(duì)于彈簧隔振系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，需要定期檢查彈性材料的狀態(tài)及連接件是否正常，并根據(jù)需要進(jìn)行更換維修。

（5）經(jīng)濟(jì)評(píng)估。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，引入彈簧隔振系統(tǒng)會(huì)增加建筑結(jié)構(gòu)成本，因此經(jīng)濟(jì)效益分析也是一個(gè)重要考慮因素。具體來(lái)講，要綜合考慮減震效果、預(yù)計(jì)損失降低程度以及相關(guān)維護(hù)費(fèi)用等因素，來(lái)評(píng)估其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值［3］。

2.2 液體阻尼器

2.2.1 原理及特征

液體阻尼器是一種常見(jiàn)的建筑結(jié)構(gòu)減震技術(shù)裝置，其主要是使用流動(dòng)液體來(lái)減緩建筑物振動(dòng)并吸收能量。這種隔震減震裝置的基本原理是利用液體在內(nèi)部流動(dòng)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生摩擦力和阻力，從而轉(zhuǎn)化和消散地震或其他外部沖擊所帶來(lái)的能量。具體而言，液體阻尼器包括以下關(guān)鍵組成部分：其一，容積室。容積室是一個(gè)密閉的容器，內(nèi)部充滿了一定量的流動(dòng)性液體（通常為油）。容積室通過(guò)管道連接到待減震結(jié)構(gòu)上，并與外界隔離。其二，斜板裝置。斜板裝置位于容積室內(nèi)，在其中有一系列平行排列且傾斜的金屬斜板，這些斜板會(huì)隨著地震或其他沖擊力產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并將此運(yùn)動(dòng)傳遞給流體。其三，出口限制裝置。出口限制裝置控制液體從容積室中流出的速度和壓力。通常采用可調(diào)節(jié)噴嘴、調(diào)流器等來(lái)實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)?shù)卣鸹蚱渌麤_擊作用到建筑物上時(shí)，液體阻尼器的隔震減震功能發(fā)揮過(guò)程如下：首先，結(jié)構(gòu)振動(dòng)及流體移動(dòng)。建筑物發(fā)生振動(dòng)時(shí)，斜板裝置會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并引起液體在容積室內(nèi)流動(dòng)。其次，液體阻力產(chǎn)生。液體與斜板之間的摩擦和阻力會(huì)消耗能量，并通過(guò)熱量散失將該能量轉(zhuǎn)化為其他形式。然后，能量吸收和減緩。由于出口限制裝置的存在，流動(dòng)液體在經(jīng)過(guò)時(shí)受到一定程度的限制，進(jìn)而產(chǎn)生了額外的壓力和阻力，并進(jìn)一步減緩結(jié)構(gòu)振動(dòng)?；谠撛?，液體阻尼器可以顯著降低建筑物受到地震或其他外部沖擊所帶來(lái)的破壞及失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 應(yīng)用要點(diǎn)

（1）整體設(shè)計(jì)。根據(jù)具體場(chǎng)所和預(yù)計(jì)振幅，選擇合適類(lèi)型、規(guī)格和數(shù)量的液體阻尼器裝置。同時(shí)，通過(guò)全面且詳細(xì)的分析和計(jì)算，確定阻尼器的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。

（2）材料選取。在設(shè)計(jì)中需考慮使用高品質(zhì)且耐久的材料，以滿足液體阻尼器在長(zhǎng)期運(yùn)行中的可靠性和穩(wěn)定性要求。

（3）施工與調(diào)試。安裝液體阻尼器時(shí)，需要確保每個(gè)單元之間的連接牢固，并按照設(shè)計(jì)要求調(diào)節(jié)液體流動(dòng)速度和壓力。系統(tǒng)安裝完成后，需進(jìn)行測(cè)試評(píng)估以驗(yàn)證其減震效果。

（4）維護(hù)和監(jiān)測(cè)。在投入實(shí)際應(yīng)用之后，要定期檢查液體阻尼器內(nèi)部是否有泄漏、沉淀物等問(wèn)題，并根據(jù)需要及時(shí)處理和更換所需維修部件。

（5）經(jīng)濟(jì)性評(píng)估。對(duì)于很多大型建筑而言，液體阻尼器的體型非常巨大，意味著相應(yīng)的成本較高。因此，在設(shè)計(jì)和應(yīng)用中需綜合考慮減震效果、預(yù)計(jì)損失降低程度，以及相關(guān)維護(hù)費(fèi)用等因素，科學(xué)評(píng)估其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3 諧振質(zhì)量阻尼器

3.1 原理及特征

在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)減震技術(shù)中，諧振質(zhì)量阻尼器作為一種新型的隔震減震裝置，在相關(guān)領(lǐng)域中得到了重要應(yīng)用。該技術(shù)主要是結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一個(gè)彈性和可調(diào)節(jié)的緩震裝置來(lái)達(dá)到緩震、減震目的。該技術(shù)的基本原理基礎(chǔ)是共振波動(dòng)定律，通過(guò)在建筑物上加裝一個(gè)與主體結(jié)構(gòu)相連接的小型副系統(tǒng)，且該副系統(tǒng)具有與導(dǎo)致共振波動(dòng)頻率相同但反向位移工作的特性。諧振質(zhì)量阻尼器的主要構(gòu)成要素如下：其一，質(zhì)量塊。質(zhì)量塊是一個(gè)獨(dú)立懸吊于彈性支撐中心位置，并通過(guò)細(xì)長(zhǎng)桿件與主體結(jié)構(gòu)相連。其通常由金屬、混凝土等材料制成，具有足夠穩(wěn)定性和耐久度。其二，彈簧系統(tǒng)。彈簧系統(tǒng)位于懸吊處，并將質(zhì)量塊連接到主體結(jié)構(gòu)上，其既能提供必要支撐剛度以抵消固有共振頻率所引起的振動(dòng)，又能容納質(zhì)量塊與主體結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。阻尼器系統(tǒng)。阻尼器系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)部安裝的阻尼裝置消耗和分散能量，以減小共振波動(dòng)效應(yīng)。

在建筑物因地質(zhì)活動(dòng)或其他因素遭受震動(dòng)時(shí)，其主體結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生自然頻率所對(duì)應(yīng)的振蕩，進(jìn)而導(dǎo)致連接至主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量塊發(fā)生反向位移。在質(zhì)量塊發(fā)生反向位移同時(shí)，彈簧系統(tǒng)將被壓縮或拉伸，在這個(gè)過(guò)程中吸收一部分能量，并提供必要支撐剛度允許質(zhì)量塊進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)。然后，隨著主結(jié)構(gòu)在地震激勵(lì)下繼續(xù)振蕩，阻尼器系統(tǒng)通過(guò)其內(nèi)部裝置吸收和分散一定數(shù)量的能量，使得基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上共振效應(yīng)變得降低，并減輕了地震引起的振幅?；谶@種原理，諧振質(zhì)量阻尼器充分發(fā)揮了彈簧隔振裝置和阻尼裝置的功能優(yōu)勢(shì)，有效減小建筑結(jié)構(gòu)受到地震或其他外力所產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)。

3.2 應(yīng)用要點(diǎn)

（1）整體設(shè)計(jì)。通過(guò)監(jiān)測(cè)和模擬分析計(jì)算主體結(jié)構(gòu)的共振頻率，根據(jù)其特性來(lái)確定相應(yīng)參數(shù)。然后，選擇適當(dāng)類(lèi)型、位置和規(guī)格的諧振質(zhì)量阻尼器材料，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。

（2）材料選取。在諧振質(zhì)量阻尼器的設(shè)計(jì)中，需考慮使用高品質(zhì)且耐久的材料，確保諧振質(zhì)量阻尼器可以長(zhǎng)期保持良好的緩震功能狀態(tài)。同時(shí)，還需適當(dāng)配置相應(yīng)的抗腐蝕工藝，以延長(zhǎng)使用壽命。

（3）施工與調(diào)試。在安裝諧振質(zhì)量阻尼器時(shí)，需要確保支撐系統(tǒng)、彈簧組件以及連接處均牢固可靠，并按照設(shè)計(jì)圖紙及技術(shù)規(guī)范，做好整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的調(diào)試和測(cè)試，進(jìn)而保證其功能可靠性。

（4）日常維護(hù)和監(jiān)測(cè)。定期檢查諧振質(zhì)量阻尼器是否存在損壞、松動(dòng)等問(wèn)題，并在必要時(shí)進(jìn)行維護(hù)或更換故障部件。

（5）經(jīng)濟(jì)評(píng)估。目前，諧振質(zhì)量阻尼器技術(shù)處于快速發(fā)展階段，但其相應(yīng)的成本造價(jià)還比較高，在設(shè)計(jì)和應(yīng)用中需綜合考慮該技術(shù)裝置和建筑整體結(jié)構(gòu)和應(yīng)用環(huán)境的適配度，再結(jié)合后期維護(hù)管理成本來(lái)綜合分析其經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)論

綜上所述，在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、建筑工程建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大的背景下，針對(duì)于建筑工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)備受重視。目前，傳統(tǒng)理念和技術(shù)條件下的建筑隔震減震技術(shù)措施存在一定的不足，尤其無(wú)法適應(yīng)如今規(guī)模化、功能多樣化的高層建筑需求。為此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合建筑整體開(kāi)發(fā)建設(shè)要求，在滿足功能性、經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，合理采用彈簧緩震、液體阻尼器及諧振質(zhì)量阻尼器等現(xiàn)代技術(shù)，有效提升建筑結(jié)構(gòu)的隔震減震性能，為更好發(fā)揮建筑功能、保證建筑安全打下可靠基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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