建筑結(jié)構(gòu)隔震與減震設(shè)計問題之研究

孟瑜　王勇　孫志偉

摘要：國內(nèi)外的大量試驗和工程經(jīng)驗表明，隔震一般可使結(jié)構(gòu)的水平地震加速度反應(yīng)降低60%左右，從而消除或有效地減輕結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)的地震損壞，提高建筑物及內(nèi)部設(shè)施和人員的地震安全性，增加了震后建筑物繼續(xù)使用的功能。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；隔震減震；發(fā)展應(yīng)用

1.建筑結(jié)構(gòu)隔震減震設(shè)計原則

1.1建筑結(jié)構(gòu)中柱的設(shè)計

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中最為重要的就是柱的設(shè)計，因為有了柱子的支撐才能撐起整棟建筑物，可以說是建筑物中的所有柱子承載了整個建筑物百分之九十的重量，若想使得整個建筑物結(jié)構(gòu)嚴(yán)實，承重敦實，對建筑物內(nèi)外的柱子設(shè)計就要別有用心，不可麻痹大意。而且在地基與屋頂之間的連接，靠的就是這中間的柱子過度，若果柱子不結(jié)實，就更不用想象屋頂能夠牢固。首先要確定柱子與地基之間緊密結(jié)合，因為如果一旦發(fā)生地震，通過地殼的劇烈震動，最先搖晃的就是柱子，若果能夠保證柱子有很好的張力，就可以在地殼運動過程中，保持與地面以及屋頂之間緊密結(jié)合，通過強(qiáng)大的支撐能力就可以保證屋頂不至于坍塌，這樣，即使是地殼水平地移動也只是整個建筑物整體的搖擺，不至于整體塌陷。

1.2建筑結(jié)構(gòu)中梁的設(shè)計

在建筑結(jié)構(gòu)中另一個重要的結(jié)構(gòu)當(dāng)然就是梁，因為梁是橫在半空中，通過與柱連接，構(gòu)成整個建筑的主體結(jié)構(gòu)，成為骨架結(jié)構(gòu)最上方的支撐，因此在梁的設(shè)計中最要關(guān)注的就是跨度，如果跨度較大，就需要多加梁來分擔(dān)重量，否則在重力以及張力的作用下，梁的中心會逐漸下移形成折彎，為了有更好的延展性，就要對跨度比進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，通過實際計算發(fā)現(xiàn)，梁的延展性最佳時的系數(shù)比值為5，比值達(dá)到8時都會有很好的表現(xiàn)，但是當(dāng)跨度比為1時，延性系數(shù)會下降到3，這時候就十分危險，很容易產(chǎn)生折彎破壞，所以，在施工之前要進(jìn)行精確的測量計算，避免產(chǎn)生破壞。

2.建筑結(jié)構(gòu)隔震與減震設(shè)計問題研究

2.1建筑結(jié)構(gòu)中隔震設(shè)計

隔震層的布置應(yīng)符合下列要求：（1）隔震層可由隔震支座、阻尼裝置和抗風(fēng)裝置組成。阻尼裝置和抗風(fēng)裝置可與隔震支座合為一體，亦可單獨設(shè)置，必要時可設(shè)置限位裝置；（2）隔震層剛度中心宜與上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心重合；（3）隔震支座的平面布置宜與上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的豎向受力構(gòu)件的平面位置相對應(yīng)；（4）同一房屋選用多種規(guī)格的隔震支座時，應(yīng)注意充分發(fā)揮每個橡膠支座的承載力和水平變形能力；（5）同一支承處選用多個隔震支座時，隔震支座之間的凈距應(yīng)大于安裝操作所需要的空間要求；（6）設(shè)置在隔震層的抗風(fēng)裝置宜對稱，分散地布置在建筑物的周圍或附近。此外，隔震層構(gòu)造應(yīng)區(qū)別于非隔振結(jié)構(gòu)，隔震層管線、抹灰、避雷針接地等均應(yīng)柔性處理，隔震層周邊任何固定物與隔震層以上的上部結(jié)構(gòu)都應(yīng)有足夠隔離空隙，穿越隔震層的樓梯應(yīng)在隔震層設(shè)置水平縫。

2.2建筑結(jié)構(gòu)中減震設(shè)計

相對于隔震技術(shù)使用對象的局限性，消能減震設(shè)計體現(xiàn)了明顯的優(yōu)越性，但目前國內(nèi)的消能減震設(shè)計以概念設(shè)計為主，阻尼器的設(shè)置多少并沒有量化標(biāo)準(zhǔn)，一般采用先估算厚反復(fù)驗算的方法。阻尼器一般可沿結(jié)構(gòu)的兩個主軸方向分別布置或僅布置在一個主軸方向上，且布置在結(jié)構(gòu)層間位移較大的地方。對框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)底部安裝阻尼器樓層的數(shù)量一般為2-3層，對框支剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻優(yōu)先布置在框支層以上不超過三層的標(biāo)準(zhǔn)層四角，阻尼器可在框支層靈活布置。對耗能減震結(jié)構(gòu)的計算分析方法一般情況下宜用靜力彈塑性分析或彈塑性性時程分析法。除消能設(shè)計外，結(jié)構(gòu)減震設(shè)計尚應(yīng)從優(yōu)化原有結(jié)構(gòu)的抗震性能著手：一是采用高延性構(gòu)件，在設(shè)計中常體現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件以及強(qiáng)梁柱塑性鉸的理念以提高結(jié)構(gòu)的延性和安全性。二是提高結(jié)構(gòu)本身阻尼，結(jié)構(gòu)的阻尼隨著結(jié)構(gòu)類型、材料、地基情況等的不同而不同，尤其對于高層建筑設(shè)計時應(yīng)盡量選用阻尼較大的材料和結(jié)構(gòu)，同時也可以設(shè)置一定的阻尼器。

3.建筑結(jié)構(gòu)隔震減震技術(shù)發(fā)展

由于地震產(chǎn)生的巨大震動以及搖擺力，使得在地面上的建筑物受到地震波橫向、豎向的沖擊，這就造成地面上的建筑物受到外力作用產(chǎn)生巨大的晃動與顫抖，更嚴(yán)重者會使得建筑物整體坍塌，這將造成巨大的災(zāi)難，因此，如果對建筑物本身進(jìn)行隔震減震處理，就可以在一定程度上減少經(jīng)濟(jì)損失。對于建筑結(jié)構(gòu)的隔震減震技術(shù)研究在我國已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年的歷程，從人們意識到地震會給人類帶來災(zāi)難的同時，就加大力度對其進(jìn)行研究，想要借助人力來扭轉(zhuǎn)天災(zāi)的損失，讓人們不至于每天都生活在恐慌之中，可以憑借自己的智慧為我們美好家園做點什么，直到我們的知識結(jié)構(gòu)不斷完善，科技水平不斷發(fā)展，同時學(xué)習(xí)向日本這些地震多發(fā)國，在隔震減震領(lǐng)域較豐富的經(jīng)驗。此時，我們在面對地震時便不再像之前那么怯懦，雖然我們需要做的還有很多，但是，我們現(xiàn)在已經(jīng)見到了成效，我們不再束手無策。減隔震技術(shù)的應(yīng)用，會給傳統(tǒng)建筑設(shè)計帶來一定的影響。減隔震構(gòu)件的設(shè)置會對建筑空間劃分、墻體位置、空間形態(tài)產(chǎn)生影響，這就要求非結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)該了解其相關(guān)要求，盡可能的選擇合理的平面布置形式，并將必要的減隔震構(gòu)件加以隱藏或裝飾。

4.結(jié)語

減震技術(shù)在中國起步較早，并有了比較完善的技術(shù)手段，在建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計中能夠得到相對完善的應(yīng)用，隔震技術(shù)是最近新興的技術(shù)領(lǐng)域，發(fā)展較緩起步較晚，但在實際應(yīng)用中卻有著至關(guān)重要的作用，因此，要求我們加大對其研究的力度，不斷鼓勵技術(shù)創(chuàng)新，在該領(lǐng)域取得不斷的突破，有朝一日使得人們能夠在地震面前沒有恐慌，沒有畏懼，因為我們有很好的防御保護(hù)措施。