基于建筑结构隔震的技术研究

2022-12-13夏德新

城市建设理论研究（电子版） 2022年32期

夏德新

中国水利水电第八工程局有限公司湖南长沙 410000

抗震等级是评价建筑工程质量和性能的一项主要指标。近几年，我国建筑行业得到快速发展，人们也提高了对建筑工程整体质量的要求，建筑工程建设时，加强对隔震技术的应用与探讨，确保建筑工程整体结构的稳定性，从而为人们提供一个高质量的建筑工程，满足应用需求。

1 隔震技术概念与设计原理

1.1 隔震技术概念

建筑结构中的隔震技术就是通过在建筑工程中设计装备，通过对其进行应用，达到隔离地震对建筑工程破坏力的作用。例如，将隔震支座设置在建筑工程的结构层或地层，通过软化这一结构方式，实现以柔克刚，降低地震危害目的，其在具体应用过程中，具有安全性高、防护能力强、造价低等多项优势[1]。

1.2 隔震技术的设计原理

该项技术主要是在建筑底层或结构层设置阻尼器或橡胶隔震支座，通过对其进行应用，从而达到隔离地震带来冲击的目的，使建筑机构阻尼变大，增加建筑自振动周期，最大程度降低地震对建筑工程上部结构造成的危害，实现良好减震目的[2]。简单来说，将隔震层设置在建筑工程中，可以起到较强缓冲作用，能够减小地震对于建筑工程上部分结构冲击力，从而提升建筑工程具体结构在应用时的防御力，减小地震对建筑工程结构的破坏。

2 建筑结构中几种常见的隔震技术类型

2.1 橡胶隔震支座

橡胶隔震支座主要包括以下几种类型：

（1）普通橡胶隔震支座

将普通橡胶隔震支座应用到建筑工程中，其在纵向受压承载能力和水平变形能力上呈现出了较强的抵抗能力，在进行建筑工程中的普通隔震橡胶隔震支座制作时，需要采取交替方式处理薄钢板和薄橡胶层，完成处理后，将其放在高压高温环境中，采取整体硫化方式进行处理，通过这一方式处理，能够将橡胶层与钢板合理结合到一起，让两者能够保持紧密结合状态，同时橡胶层的变形会受到的钢板的约束，不会发生严重变形问题[3]。

（2）铅芯橡胶隔震支座

制作铅芯橡胶隔震支座过程中，工作人员在具体作业开

展时，应当将普通橡胶隔震支座作为基础，通过对开孔注铅方法开展施工作业，从减减少隔震层位移、降低地震作用、高阻尼的一种隔震结构，从而实现对建筑工程的保护，最大程度降低地震对建筑结构的破坏。随着我国建筑行业的快速发展，人们加强对建筑工程相关内容的探究，在橡胶隔震支座方面积累了大量经验，但是，对于支座的橡胶支座材料质量会性能等方面都有待改进，应对考虑将胶层与钢板合理黏合到一起，科学选择黏合剂与黏合工艺[4]。

采用的橡胶耐久性是影响橡胶隔震结构耐久性的一项主要原因，而氧化和蠕变反应也是影响采用橡胶耐久性的主要因素，向橡胶内加入抗氧化剂，能够显著提升橡胶隔震制作耐久性，同时，要保证采用的橡胶自身质量和耐久性能够达到要求标准。从现阶段我国建筑工程中采用的橡胶隔震支座的具体发展情况来看，其应用寿命长度能够达到建筑工程的寿命长度，能够满足建筑隔震技术的具体应用需求。现代建筑行业针对普通橡胶隔震支座和铅芯橡胶隔震支座（如图1所示）相关内容的分析。

图1 铅芯橡胶隔震支座

从现阶段的具体情况来看，研究主要集中轴向拉伸破坏、竖向刚度、水平刚度与阻尼等各项影响橡胶支座性能等多项内容上[5]。目前，我国针对橡胶隔震支座抗剪破坏试验相关内容的研取得成果相对有限，针对相关产品标准内，针对橡胶隔震支座竖向极限受拉应力规律标准需要进一步提高。针对橡胶隔震支座分析期间，可以利用有限元分析法，从而弥补以 Haringx 理论为基础进行分析为存在的不足，提高相关研究效果，实现对试验成本的合理控制，降低经济投入。需要相关研究人员注意的是，考虑到叠层橡胶制作构造机理与材料性能都较为复杂，针对问题的深入研究，可从以下几个方面入手：

第一，加强对内部力学性能的分析，做好相应研究工作。第二，开展抗剪力学性能试验研究，掌握其性能特点，为后续相关内容的研究提供支持。第三，加强对大直径或超大直径叠层橡胶支力学性能分析。第四，研究复杂应状态下，叠层橡胶制作力学性能，与此同时，还要研究叠层橡胶制作力学性质在不同状态的特性。

进行建筑工程中结构抗震设计期间，通常不需要对橡胶隔震制作进行大量分析验算，只要通过分析，保证橡胶隔震制作各项指标内容都符合的相应附件要求即可，而对于橡胶支座应力与变形受可以满足应力值，要做好相应验算工作。

2.2 滑板式隔震支座

目前，应用在建筑工程中的滑板式隔震支座有石墨层接触面、砂垫层接触面、不锈钢板接触面等多种不同类型的滑移摩擦面，特别是 PTEE接触面和不锈钢接触面的摩擦滑移制作与应用时，其性能稳定，能够满足应用需求。针对采用的不锈钢摩擦板设施表面，可以采取抛光方式进行处理，完成相应处理作业后，施工人员要应当经过硬化处理后的树脂涂抹在其表面，通过这一方式处理，能够大幅度提高不锈钢摩擦板耐磨性能，确保其能够满足应用需求[6]。目前，经过人们的研究，研发出了性能良好的全密封锁位型的摩擦阻尼隔震支座，采用钢板与聚四氟乙烯有机滑板，构成一种性能优异的多层摩擦滑板，通过对其进行应用，采取高度重叠方式，保证滑移位移能够朝着不同摩擦截面均分散，此时，滑移面不需要进行外露预留。滑板式隔震支座（如图2所示）是一种纯摩擦滑动隔震装置，其在应用时的优势显著，但是也存在一定缺点，主要表现就是发生地震后，会发生变形，处理起来难度大，难以通过自动方式实现复位，而且在隔震层遭受地震后，会发生严重变形问题，目前，人们已经研发出了能够通过自动方式，实现复位滑板式隔震支座，并将其应用到了建筑工程中。

图2 滑板式隔震支座

通过研发滑板式隔震支座摩擦系数可以发现，其摩擦系数将会随着正压力加大而不断减小。而在摩擦系数速度不断快的情况下，滑动摩擦系数也会加大，直到最终摩擦速度达0.15m/s，可会达到最终的设定滑动摩擦系数；随着周围温度升高，滑动摩擦系数将会减小；通过对润滑剂进行应用，能够有效降低PTFE-不锈钢接触面摩擦系数[7]。建筑工程中的隔震结构在具体应用期间，容易发生倾覆失稳现象，要全面分析建筑结构依据自身自重是否能够不出现倾覆问题，具体判断依据就是，地震倾覆力矩要控制在抗倾覆力矩，如果依据自重无法保证结构稳定，要针对建筑工程中的支座和上部结构进行抗倾覆设计，通过对抗倾覆措施，从而使倾覆失稳现象能够得到解决。通过对以往滑板式隔震支座在我国建筑工程中的具体应用情况来看，由于缺少相应产品相应标准和应用规范的支持，这将会导致滑板隔震制作应用到建筑工程中的作用与效果遭受一定约束。

2.3 摩擦摆隔震支座

摩擦摆隔震支座（如图3所示）是一项具有复位功能的摩擦隔震系统，其应用能体现建筑工程性能，保证建筑工程稳定性，减少建筑工程结构遭受地震的破坏。将摩擦摆隔震支应用到建筑工程中，在凹曲面底盘内安装滑块布置，如果发生了水平位移现象，设置的滑块将会由底盘曲面不断朝着高处滑动，而受上部重力影响，滑块将会通过自动方式向低处滑向，实现自动复位效果。建筑工程结构中设置的滑动面的曲率半径与底盘曲面曲率半径相同，同时，还要将PTFE 等低摩擦材料均匀涂抹在滑动面区底盘曲面，对于滑块上面设计要依据曲面形式进行，确保滑块顶板处水平滑动。与此同时，设置的支座刚度与底盘曲面曲率都会对摩擦隔震制作复位力产生直接影响。

图3 摩擦摆隔震支座

相关工作人员研究摩擦摆隔震支座性能可以发现，其在具体应用期间具有的滞回性好、耐久性高等优势，并且在温度变化、长期荷载等各项因素影响下，仍然能够保持稳定性、可靠性。通过结构隔震试验能够发现，通过对摩擦摆隔震支座进行应用，能够适当延长建筑工程上部结构自振周期，降低地震对建筑工程上部结构的不良影响，体现出较高的稳定性和复位能力。同时，全面发挥摩擦摆隔震支座作用，能够预防建筑工程中的结构损坏情况，而且能够实现对设备、人员的有效保护。

3 建筑结构隔震技术的应用研究

3.1 建筑结构隔震设计规范

将建筑结构隔震技术应用到建筑工程中，为了保证设计合理性，必要严格依据规范进行设计，也就是在具体设计时，需要采取分离方式完成相应设计作业，适当引入减震系数，也就要对比分析结构楼层的楼层剪力和非隔震结构楼层剪力，依据最低比值完成减震系数设置。此外，针对高层建筑结构来说，在对其进行设计时，设计人员需要从实际情况出发，对比分析楼层倾覆力矩，得到两者最大数值。在对建筑工程结构的减震系数进行确定条件下，应当将非隔着结构作为依据，针对隔震设计进行适当优化，同时，需要从建筑工程具体情况入手，精准计算，保证最终隔震设计的合理性、安全性。通过对建筑工程中的隔震结构与非隔震结构可以能够承受的地震作用进行全面分析可以发现，前者在建筑工程中的承受地震作用分布均匀或者近似梯形，后者承受地震作用则呈倒三角或近似弯曲形状，由此可见，隔震结构各层剪力和弯矩值都要小于建筑工程中的隔震结构[8]。对于建筑工程中的隔震设计，在计算时，为了确保最终计算结果准确性，要采取分离方式开展，学科采用先进软件，完成设计作业，提高隔震设计成果，确保最终设计效果能够达到预期。

3.2 结构设计期间要做好时程分析作业

计建筑工程中的隔震结构的减震系数期间，必须要确保采用的隔震支座计算结果准确无误。近几年，我国科学技术得到飞速发展，各种不同类型先进计算机软件都被合理应用到隔震结构计算内，这为相关工作人员开展提供了更便利条件，而通过对程序进行应用，能够提供不同连接单元，主要包括的内容有滑动隔震支座、普通橡胶支座、铅芯橡胶支座等不同类型的连接单元，能够满足建筑工程中结结构设计在隔震设计方面的具体需求。

3.3 某学校宿舍对隔震技术的具体应用

3.3.1 工程概况

某建筑工程为学生宿舍，整体面积为8658m2，宿舍内人均面积约为8.35m2，整个建筑工程采用的为混凝土剪力墙，依据当地技术标准对建筑面积进行精准计算。对于学生宿舍来说，由于学生年纪较小，在宿舍生活期间，可能会出现跑动、打闹等各项问题，会产生较大噪声，因此，采取隔震技术需要兼顾隔音技术要求，保证最终建设的宿舍质量能够达到要求标准。同时，在进行宿舍建设时，对于可能发生的地震问题要充分考虑，要确保在发生地震后，建筑整体结果后能够保持稳定，如果地震形成的冲击波引起的震动，导致楼板被震坏，将会破坏整个建筑工程结构稳定性，不仅会造成经济损失，而且会发生人员伤亡。

3.3.2 隔震技术在建筑中的具体应用

针对该宿舍建筑，施工人员在对整个建筑情况进行全面分析基础上，最终决定采取浮动式地台的隔震技术建设宿舍。设计楼梯结构时，在中间层设置的减震层，或者在四壁结合部位进行分隔，确保地震发生后，建筑结构不会遭受严重破坏，地震结束后，经过简单的修整，建筑物结构可以恢复原来位置，继续应用。通过这一设计方式，如果楼梯受地震影响断开，一方面能够保证楼梯出现变形后，能够保持相对理想宽度，另一方面也能够保证楼梯与四壁能够保持相对安全距离。此外，也可以尝试在建筑四周设置可以自动移动面，采取设置减震部件方式，提高整个建筑结构整体稳定性。通过对浮动式地台技术进行应用，能够大幅度减少施工作业期间对宿舍建筑主体结构造成的冲击，其基本结构包括：围边胶垫1.2cm、隔震垫5.0cm、浮筑层不得小于10cm。