隔震結(jié)構(gòu)的抗風分析與等效風荷載

方坤

（中信建筑設計研究總院有限公司 湖北武漢 430010）

0 引言

根據(jù)筆者的了解可知，當前各國抗震設計規(guī)范在規(guī)定的過程中都是根據(jù)經(jīng)典的“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設計思想進行實際設計。該設計方案的立足點是“抗”，因此從實際情況分析可知，在一般情況下這種設計思想是有效的。由于事情的發(fā)生存在一定的偶然性，因此在實際情況中地震發(fā)生時，由于向周邊傳播的地震波可以暢通無阻的傳到上部結(jié)構(gòu)，因此這能夠在經(jīng)過振動波的傳導，同時通過振動傳播引起上部結(jié)構(gòu)的強迫振動。這也使得采用如此設計的更加符合實際情況抗震結(jié)構(gòu)將在一定程度上會較為輕微的放大輸入的地震，在這種情況下地震加速度沿結(jié)構(gòu)的高度成倒三角增大，并在結(jié)構(gòu)的頂部達到峰值。近些年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，使得建筑的裝修、室內(nèi)昂貴的儀器設備的價格有一定的上升，為降低損耗，因此需要對其進行更加妥善的保管。若在進行實際設計的過程中依然獨立的參照相關(guān)情況采取傳統(tǒng)抗震思想就會在一定程度使結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性較低，使得其考慮的因素更加全面。

1 抗風分析以及等效風荷載研究背景

根據(jù)筆者的調(diào)查可知，20世紀70年代初，由于當時在抗震方面的學術(shù)界出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)。為提升抗震性能，在這種情況下的結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)由于當時的局限性使得其與傳統(tǒng)技術(shù)有較大不同，為保證建筑設施的安全，該種形態(tài)下其對地震能量的耗散采取了主動的措施。從實際情況進行分析可知，所謂隔震就是在建筑物的基礎部位對其進行一定的處理，使得振動不能傳遞到上部結(jié)構(gòu)來隔離或耗散地震能。因此為了達到這種要求，就需要在建筑物內(nèi)部加入隔震系統(tǒng)。根據(jù)筆者的實際研究可知，目前理論研究和實際震害均表明，在對結(jié)構(gòu)進行實際設計的過程中采用隔震技術(shù)，會在一定程度使得上部結(jié)構(gòu)的變形處于平動范圍，能夠較大程度上減緩地震響應，并且為了盡可能的使得其實際的結(jié)構(gòu)安全得到保障，地震作用僅相當于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)所受到的地震作用的1/10。

2 隔震抗風分析與等效荷載研究現(xiàn)狀

根據(jù)筆者的研究可知，目前隔震技術(shù)無論是對于目前抗震研究的理論研究和實驗研究等方面都實現(xiàn)了較大的進展，當前國內(nèi)外在實踐中通過具體的實施已建成大量隔震房屋以及與抗震設計相關(guān)的橋梁和地鐵等結(jié)構(gòu)，經(jīng)過實際證明，都能夠達到相關(guān)的要求，特別是幾次大地震例如1995年日本大阪神7.2級地震，以及后期陸續(xù)發(fā)生在1994年美國北嶺發(fā)生了振級達到6.7級地震中成功經(jīng)受考驗，沒有對結(jié)構(gòu)造成較大的影響，上述的災難也在一定程度上為我們提供了大量成功的經(jīng)驗。根據(jù)筆者的了解可知，當前情況下，隨著世界范圍內(nèi)的隔震設計規(guī)程正是進入到實踐階段，同時這也使得其在抗震設計規(guī)范的頒布以及后期在建設過程中的實際工程中的眾多應用，這也說明其實際抗震設計都在一定程度上在一定程度上證明我國的隔震技術(shù)經(jīng)過長期的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟。經(jīng)過長時間的實踐使用，在一定程度上使得隔震技術(shù)為很重要的一種結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)。隨著我國當前國際地位的提升，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，高層建筑日益增多，這也在一定程度上使得我國的隔震技術(shù)在高層建筑中也得到了應用。根據(jù)相關(guān)了解可知，為保證建筑的抗震性能，使得當前日本現(xiàn)已建成五十座近177m高的世界等級上的最高隔震建筑都經(jīng)過嚴格抗震設計，采用了較為先進的隔振技術(shù)，而這也在一定程度上實際證明其可靠性也符合實際的要求。

3 結(jié)構(gòu)抗風等效設計

為了盡可能的保證結(jié)構(gòu)在風力的作用下能夠更加穩(wěn)定，因此對高層隔震建筑在受到外界風力作用下的研究是十分必要的。對于建筑結(jié)構(gòu)抗風設計，由于該理論較為復雜，目前學術(shù)界在進行實際測試的過程中，一般需要從風洞試驗根據(jù)相關(guān)的操作等進行數(shù)據(jù)采集獲取與之相匹配的建筑風荷載氣動力信息，并且根據(jù)實際情況再進行一定的等效，并且對其進行結(jié)構(gòu)風振響應計算，整個計算的過程會需要通過風洞試驗或者后期在實際計算的過程中采用隨機振動分析來完成，整個過程的精確性能夠得到較好的保障。對其定義進行分析，抗震設計過程中的靜力等效風荷載（Equivalent Static Wind Load，ESWL）由于其特殊性，可以看做是一種在進行計算的過程中對其風載進行等效，可以產(chǎn)生動力荷載結(jié)構(gòu)峰值響應的靜力荷載，使得整個結(jié)構(gòu)在地震作用下的振動能夠更加方便的被計算。它是聯(lián)系風工程師以及進行結(jié)構(gòu)設計的結(jié)構(gòu)工程師進行較好溝通的紐帶，目前該種設計方式由于其存在較大的獨特性，在世界上許多國家的抗震設計過程中的風荷載規(guī)范都起著重要的作用。也在一定程度上使得各國研究人員對目前在靜力等效風荷載的研究取得了較大的進展，在計算的過程中不斷的研究，提出了多種不同方法，當前比較常見的包含較為重要的陣風荷載因子法以及與之相關(guān)的慣性風荷載法。

4 結(jié)語

地震是影響人們居住安全的因素之一，因此為了盡可能的保證人們生活環(huán)境的安全，就需要在房屋設計方面對其進行一定的加強。在進行建筑抗震設計的過程中不僅需要通過合理的設計更加充分的考慮到建筑自身的重力，同時還需要對外界風荷載進行計算，采用等效風荷載的方式能夠使得抗震計算更加準確，本文對當前采用較為頻繁的風荷載等效方式進行了概述。