关于建筑结构及减震技术的探讨

何弦

（中煤科工集团重庆设计研究院，重庆 400016）

1 建筑结构的含义

建筑结构是指在建筑物中，由建筑材料做成用来承受各种荷载或者作用，以起骨架作用的空间受力体系。建筑结构因所用的建筑材料不同，可分为混凝土结构、砌体结构、钢结构、轻型钢结构、木结构和组合结构等。建筑结构建筑结构中常见结构受力体系类型及施工方法：（1）混合结构：砖混或砖木块材砌筑墙体、梁柱钢接而成的受力体系，预制柱、梁、板装配；现浇混凝土柱、梁，预制板；全现浇钢筋混凝土。（2）框架剪力墙结构：现浇混凝土墙，现浇混凝土柱、梁，现浇板剪力墙结构：全装配大板；内浇外挂；全现浇。

建筑结构的影响因素：机械是建筑工程施工中不可或缺的重要工具，建筑机械包括原材料、辅助材料和水泥搅拌中使用的器具；而且机械质量的好坏会最终关系整个施工质量的结果。即使原材料的质量通过了严格的监测过程，但是如果没有精确地加工机械器具，也是会浪费原材料，造成残缺的次品，阻碍了建筑工程项目。所以，高质量的材料加工机械不仅要求原材料的质量标准，而且需要加工器具的保证。因为，质量是建筑工程项目的命脉。

2 关于地震

2.1 地震的概念

地震是一种常见的自然现象，它的发生往往会伴有破坏性。通常来讲，地震又称地动、地振动，是地壳剧烈运动时产生并释放能量的一种方式，在能量释放过程中会造成地表的振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地震常常造成严重人员伤亡，能引起火灾、水灾、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散，还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害。

2.2 现实情况

据资料统计，全世界每年大约发生500万次地震，而且大多数地震都需灵敏的仪器才能测量到，而人能直接感知的也就大约占1%左右。我国是多地震的国家，地震区分布广大，地震的发生给人民生命财产带来了巨大损失。这就要求结构构件具有足够的承载力和塑性变形能力。而传统的结构抗震是依靠结构自身的抵抗能力，让建筑物基础固结于地面，但地震反应的特点是由底向上逐渐放大，为了保证建筑物的安全，提高结构的承载力，必须加大构件的截面，这样既造成了较多的材料消耗，也使建筑物自重增大，得不偿失。隔震和耗能减震是建筑结构减轻地震灾害的新技术、新方法和新途径。所谓隔震就是立足于“隔”，利用专门的隔震元件，以集中发生在隔震层的较大位移为代价，阻隔地震能量向上部结构的传递，使建筑物有更高的可靠性和安全性。《建筑抗震设计规范》中增加了“隔震与消能减震”的相关内容，说明我国正日益重视隔震与耗能减震技术与理论的研究，并致力于该技术的推广应用。

2.3 隔震与消能减震设计原理

由震源产生地震动，通过传播途径传递到结构上，从而引起结构的震动反应。通过在不同阶段采取震动方法控制措施，就成为不同的积极抗震方法。大致包括：

（1）震源→消震消震是通过减弱震源震动强度达到减小结构震动的方法，由于地震源难以确定，且其规模宏大，目前还没有有效可行的措施将震源强度减弱到预定的水平。（2）传播途径→隔震隔震是通过某种装置将地震与结构隔开，其作用是减弱和改变地震动时结构作用的强度和方式，以此达到减少结构震动的目的。隔震方法主要有基底隔震和悬挂隔震两种。（3）反应→主动减震主动减震是根据结构的地震反应，通过地震系统地执行机，主动给结构施加控制力，达到减小结构震动的目的。

这种积极的结构抗震方法与传统的消极抗震方法相比，有以下优点：

（1）能大大减小结构所收得的地震作用，从而可减低结构造价，提高结构抗争的可靠度。（2）能大大减小结构在地震作用下的变形，保证非结构构件不受地震破坏，从而减少震后维修费用。（3）隔震、减震装置即使震后产生较大的永久变形或损坏，其复位、更换、维修结构构件方便、经济。

2.3.1 设计原理

隔震设计是指在房屋底部设置由橡胶隔震支座和阻尼器等部件组成的隔震层，以延长整个结构体系的自振周期，增大阻力，减少输入上部结构的地震能量，达到预期的防震要求。即通过隔震层的大变形来减少上部结构的地震作用，减轻地震破坏程度，使建筑物只发生轻微运动和变形，从而保障建筑物的安全，隔震一般可使结构的水平地万方数据震加速度反应降低60%左右。典型的橡胶垫隔震减震器是一层橡胶一层钢板的多层反复重叠，并在其中心部位钻孔，安放铅芯棒所组合而成的装置。我国较成熟的隔震支座包括中硬度橡胶隔震支座、低硬度橡胶支座、滑板支座和弹性滑板支座等。

其它隔震方法：（1）铅芯橡胶支座这样就使支座具有足够的初始刚度，在风荷来和制动力等常见载荷作用下保持具有足够的刚度，以满足正常使用要求，但强地震发生时，装置柔性滑动，体系进入消能状态。（2）滚珠（或滚轴）隔震有自复位能力的；有加铜拉杆风稳定装置；横向油压千斤顶位的。另外，还有加消能装置的，消能装置有软消能杆剪，铅挤压消能器，油阻尼器，光阻尼器等。（3）滑动支座隔震上部结构与基础之间设置相互滑动的滑板。风载、制动力或小震时，静摩擦力使结构固结于基础上；大震时；结构水平滑动，减小地震作用，并以其摩擦阻尼消耗地震能源。

2.3.2 产生的作用

隔震能使结构的基本周期延长，以避开地震动的卓越周期，明显地减轻结构的地震反应，使上部结构处于正常的弹性工作状态。隔震体系抗震措施简单明了，还能降低房屋造价，而且震后修复方便，震后只需对隔震装置进行必要的检查更换，有明显的社会效益和经济效益。

3 隔震与消能减震的设计步骤

隔震方案的确定应综合考虑建筑物高度和层数、最大高宽比、结构类型、场地等因素。隔震技术对体型基本规则的低层和多层建筑比较有效，对高层建筑的效果不大。

3.1 确定隔震层位置

隔震层宜设置在结构第一层以下的部位，橡胶隔震支座设置在受力较大的位置，其规格、数量和分布根据竖向承载力、侧向刚度和阻尼的要求通过计算确定。隔震层在罕遇地震下应保持稳定，不宜出现不可恢复的变形。

3.2 隔震支座的选型、布置

由上部结构计算出每个支座上的轴向力，确定出每个支座的直径，进行隔震支座的平面布置，隔震支座布置时应力求使质量中心和刚度中心一致。

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