结构设计中减震与隔震方案设计

郭 士 刚

(甘肃省工程设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730030)

结构设计中减震与隔震方案设计

郭 士 刚

(甘肃省工程设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730030)

以现阶段建筑结构设计工作情况为基础，结合近年来减震和隔震方案设计特点，分析了实际建筑结构设计中减震和隔震的方案，旨在减少地震对建筑物的影响。

结构设计，减震，隔震，建筑物

结构设计分为建筑结构设计和产品结构设计两方面，本文主要以建筑结构设计为基础，分析其中的减震和隔震方案设计。

1 建筑结构的隔震与减震技术分析

通常情况下，结合建筑的阻尼和地震能量之间的关系可以达到减震的效果。提升建筑的阻尼可以消耗大量的地震能量，减震方案也是依据提升建筑的阻尼来达到降低地震力量的目标，促使建筑的主体结构受到的影响得到减少。有关设计消能部件数量、实际位置设计等划分问题等，需要通过认证研究和计算才能明确。一般在结构的两个主轴方向设计消能构件，从而满足增加两个方向的阻尼和刚度的目标。在极少数的背景下，于结构变形较大的位置安装消能结构，可以让整体建筑的阻尼得到平衡，从而划分地震的能量，以此提升整体建筑物抗震性能，确保整体建筑物的安全。

隔震方案存在一定的时间约束，需要在建筑工程实施之前就明确隔震设计方向，最晚不能超过建筑施工工作，对于一些重点位置进行隔震设计。应用隔震方案的位置也存在一定的选择性，一般情况下，只是在建筑的基础位置和重点位置进行隔震。

减震方案不存在时间约束，其不但可以在建筑实施之前对建筑的基础位置进行减震，在建筑物的周边实施减震工作，还可以在建筑物建设工作结束之后进行加固工作，促使建筑物阻尼得到提升，从而满足减震工作的需求和目标。减震方案可以在很多区域应用，其中不但包含了建筑物的上部结构，也包含了隔震夹层。

作为减震技术，其自身的构成和工作原理主要是依据在建筑物结构的相应元件上安装可以降低能量的减震设施，促使结构的阻尼得到提升，从而对预计的建筑结构变形实施管理，在地震出现之际，附加消能设施可以吸收一部分能量，对建筑主体结构进行全面的防护工作，促使其不会受到地震的严重影响。

通过实践案例研究可知，建筑结构应用消能减震的效果非常明显，其有效增强了建筑物的抗震水平。减震结构的类型较多，本文主要是对两方面的减震技术进行研究，一方面是无粘结支撑体系，另一方面是跷动振动控制技术。这两种技术在实际发展中都是经常应用的，与其他的技术对比分析，这两种技术更具备及时、激烈的地震反应。前者主要是将无粘结漆涂抹在内钢支撑于外包混凝土之间构成滑移界面，内钢承担起建筑物，外钢实施辅助工作，依据两者的结合可以有效拓展地震的能量。这种减震技术对各个零件和减震结构的设计计算要求非常高，这样促使技术的操作难度也非常的大，不是一个容易操作的技术。后者是竖向地将建筑结构、竖向连续墙等位置与下部基础不坚固处理，这样在强大的地震影响下，较为薄弱的区域和结构设计会受到严重的影响[1]。

2 不同区域的隔震和减震方案分析

建筑物所在区域的差异性会改变隔震技术的应用要求，依据对现阶段工程建筑实践的研究可知，硬土地场所更满足建设隔震房屋的需求。弱土场地所构建的隔震房屋在受到地震影响之后会拓展，这是由于弱土场所会自主过滤掉地震波的中高频风量，以此导致解耦股的周期不断提升，从而延伸了地震效应，但实际地震能量并没有减少。由此可见，应用消能隔震技术之前，需要对建筑场所实施深入的研究和分析。

第一，隔震地基素材。不同的建筑物所应用的地基素材也存在一定的差异性，这也是地震波反应存在差异性的主要影响因素之一。可以应用特殊素材对建筑物的地基来降低地震波，从而确保建筑物在地震过程中受到的震感减小。在以往的建筑物设计中，一般情况下是应用粘土和砂子实施打基底工作，之后也有人应用糯米垫层分析抗震，在长时间的研究和实验中可知，应用沥青为原素材的新型材料设计隔震层可以达到优质的隔震效果[2]。

第二，基础隔震结构。基础隔离是建筑基础位置消耗的地震波，促使其难以传导到建筑上部结构中，在一定意义上降低或者是解除了地震对建筑上部结构的损耗。在实际发展中，于基础与上部结构间安装隔震装置，与高层建筑相比，外形规则的低层建筑应用隔震装置更为有效，出现这一情况的主要原因是高层建筑安装隔震装置会增加建筑结构自振的时间，从而导致隔震效果并不理想。目前有关基础隔震的技术和理念在不断地优化和推广。

第三，层间隔震装置。设计这一装置最初是为了在原结构上设计耗能减震的装置，这一设施是由质量和隔震支座一起构成的，在地震来临之际，装置隔震和质量减震一起合作发展可以吸收更多的地震力量，减少地震带来的损耗，降低地震对建筑结构产生的影响。因此，抗震技术与隔震技术的结合就是层间隔震，但是层间隔震的减震效率要低于基础隔震技术，达到了20%左右，虽然层间隔震技术并没有获取优异的成绩，但是这一技术得到了有效的推广和应用，不但可以在新建筑物中应用，还可以对已经建设的建筑物实施巩固加工，隔震装饰的支座素材可以选择橡胶的，结合创新结构夹层或者是原结构隔热层，可以达到减震的目标[3]。

第四，悬挂隔震。这一工作原理是阻碍地面的地震波上传到建筑主体结构上，预防主体结构受到影响。因此，这一装置结构一大部分或者说是整体质量都悬挂在地面上，在地震来临之际，建筑结构上层的分离难以产生惯性力，从而达到隔震的目标。悬挂隔震技术应用的领域与其他技术相比并不广阔。大型钢结构是其重要的应用结构，也分为主框架和子结构两方面，悬挂子结构，主框架结构就会与子结构分离。在地震波达到悬挂位置的过程中，地震能量也会迅速降低，从而有效控制地震的传递，减少建筑在地震中的损耗。

第五，建筑走向垂直震向。通过实践案例研究分析可知，地震震向将会影响建筑在地震过程中受到的影响，平行于地震震向的建筑物要比垂直于地震震向的建筑物受到的影响和损耗更大。此时的地震波变化方向可以依据地震震向展现，在建筑与地震波变化方向相同的过程中，对于垂直在地震波方向的建筑而言，其变化较大，受到的影响更为严重。地震与地理位置关系较为密切，在建筑物的抗震减震设计过程中需要强烈关注这一问题，结合建筑物所在区域的地质特点，深入分析所在区域的地震震向，尽最大可能确保建筑的走向与地震方向是垂直的，从而在基础上减少地震对建筑的影响[4]。

3 结语

在结构隔震和减震设计中，需要深入了解隔震装置的相关性能信息，关注各方面需要注意的问题，严谨依据设计步骤来安装隔震和减震设施，同时还要正确设计安装的位置，对建筑物的方向、所在区域的地震情况等进行了解，不断优化和创新各种隔震、减震技术，拓展其应用的范围，从而展现自身的影响力。另外，减少地震对建筑物的影响，防止其产生严重的经济损失，也可以保障人身财产安全。

[1] 许楚平.高烈度地震区结构隔震和消能减震设计[J].浙江建筑,2016(11):16-20.

[2] 王金宇.浅议高层建筑结构设计中的隔震减震措施[J].江西建材,2017(1):56-58,180.

[3] 殷 利.高层建筑结构设计中的隔震减震措施[J].住宅与房地产,2017(9):116.

[4] 唐家祥.隔震与消能减震结构的设计规定——《建筑抗震设计规范》修订简介(七)[J].工程抗震,2015(3):13-17.

Ondesignfordampingandseismicisolationschemeinstructuraldesign

GuoShigang

(GansuEngineeringDesignInstituteCo.,Ltd,Lanzhou730030,China)

Based on the design for the architectural structures currently, the paper analyzes the damping and seismic isolation scheme by combining with the design features for the damping and seismic isolation schemes in recent years, so as to reduce the influence of the earthquake on the buildings.

structural design, damping, seismic isolation, building

1009-6825(2017)23-0042-02

2017-06-03

郭士刚(1982- )，男，硕士，工程师

TU318

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