建筑工程中减震结构设计探究

时德瑞

(重庆长厦安基建筑设计有限公司济南分公司，山东 济南 250000)

0 引 言

在建筑工程领域，结构设计工作是最为关键的一个组成部分，其不但会对建筑结构的整体性产生影响，同时也直接决定着建筑结构的整体稳定性，特别是对于经常发生地震的区域而言，还需要综合考虑减震结构设计。建筑设计过程中需要考虑的因素有很多，不但涵盖了梁柱的延伸性设计，同时还需要包括其他结构的设计工作。如果想要最大限度地提升工程整体质量，更为重要的一个方面就是要结合建筑物的实际情况保证设计更加规范与安全。与此同时，最大限度地提升建筑结构的减震性能也是提升建筑物整体稳定性的途径之一。基于此，文章对建筑工程减震结构设计的相关问题进行阐述与分析。

1 建筑结构设计的要点概述和分析

1.1 整体分析

对于建筑结构设计而言，主要指的就是结合建筑物各个构件的实际受力情况对建筑物进行合理的分析与设计，力求能够从结构设计层面入手保证建筑物结构具有较为良好的稳定性与安全性，这一方面保证了建筑物的整体质量，同时对于保证人们生活水平也会起到积极促进。建筑物施工完毕之后，必然要投入日常运营，此时建筑物会受到各种力的综合影响，不同作用力对建筑物结构稳定性所产生的效果也会有所差别，如果整体建筑结构设计水平没有满足国家相关标准要求与规定，那么就可能会因为个别构件承载力不足而导致其自身的作用力显著降低，导致建筑物的社会效益与经济效益受到消极影响。而在建筑物整体结构设计的过程中，减震设计是一项十分重要的内容，特别是近些年来我国接二连三发生了几起严重的地震地质灾害，也给建筑物产生较大影响。为了能够更好地防止自然灾害所造成的影响，在开展建筑物结构设计的过程中必须对减震设计给予高度关注与重视，尽可能地对建筑物所在地的地质情况加以详细的调查与统计，之后在进行整个建筑物结构设计的过程中，需要使用满足本地区实际需求的一系列减震技术手段，这种方式对于提升建筑物的抗震性能有积极意义，同时还可以保证建筑物后期使用时可以安全运行，为维护社会稳定创造了良好的基本条件与价值。

在进行建筑结构设计的过程中必须要对整个建筑物中的各个危险构件进行详细设计，通过数据计算得到各个构件所能够承载的荷载极限值。在开展具体设计的过程中，必须要始终坚持稳定性与安全性原则，结合建筑物使用需求对其进行综合规划与设计。整个建筑设计的核心内容就是要保证建筑物结构具备良好的稳定性，这样建筑物在遇到外力的影响下，也可以具备良好的抵御能力，进而保持建筑物原有的使用状态，降低了外界作用力对建筑物产生的影响。在进行建筑结构设计的过程中需要综合考虑墙柱、梁板、楼梯等各个部件，这些构件不但是建筑物的框架组成部分，同时也是建筑物的主要受力构件。在建筑物整个受力体系当中，以上构件之间都会出现作用力相互传递的情况，因此会承受竖向或者水平方向的力作用，因此就对构件的抗震、减震性能提出更高要求与规定，只有保证了建筑物构件具有较高稳定性，才可以保证建筑物安全性能满足使用要求。

1.2 结构控制

结构整体控制也是一种十分常见的减震途径，其是在整个建筑物结构以及建筑形式都已经被得到了良好控制以后，设计人员需要从系统角度出发加强有效控制。在应用这种控制方式的过程中需要满足预期需求，最为关键的一点就是希望可以令建筑物内容所有构件自身的强度与延展性都可以满足建筑物所在地地震设计烈度要求。设计人员在设计过程中要充分考虑建筑物自身的实际特征以及具体使用用途，进而对整体结构加以合理控制，保证建筑结构在大地震来临以后可以体现自身价值，不断提高建筑物的稳定性。

1.3 梁结构延性设计

结构设计在建筑物设计中扮演着十分重要的角色，其中梁作为水平作用力的主要传递构件显得尤为重要，设计人员应当采取措施保证梁在受力作用下的挠度满足要求，保证其延展性满足要求，可以最大程度上抵御地震影响。另外，还应当合理控制梁两段的延性系数，这对于提升滞回曲线饱和度有积极价值。在进行设计过程中如果发现梁的跨高比率较低，那么此时梁自身的延性也会受到影响，梁在受力作用下的变形也会产生变化。如果在建筑物使用过程中梁体结构整体延性、强度没有达到实际需求，那么梁体在水平作用力影响下可能会发生破坏，进而影响整个建筑物的稳定性。对于这种情况而言，设计人员可以借助的手段比较多，例如可以在钢板链接位置设置水平缝，并在缝隙两侧位置设置钢板结构，并在其上开设螺栓孔，使用高强度螺栓连接。这种方法不但可以满足延性需求，同时还可以在刚度保持不变的前提下，最大程度上降低地震所产生的影响。

1.4 柱的延性设计

结合以往地震灾害之后的实地调研结果发现，如果建筑物受到地震作用力较小，那么一般柱不会产生较大破坏，柱子在地震力作用下，其自身延性也可以得到充分发挥。但是如果地震力较大，那么柱子自身的延性可能就会受到影响。所以，在对主体结构进行设计过程中可以适当地加装螺旋箍筋结构，一方面可以保证箍筋强度得以提升，另外还可以对已有材料配置进行不断优化，这种设计方式的好处就是可以提高建筑的整体抗震性能，因此结合建筑物实际情况进行合理开展柱子的延性设计是尤为关键的。

2 建筑结构设计中的主要隔震措施

2.1 建筑物地基要尽可能采用特殊材料进行隔震控制

地基是地震对建筑物产生影响最直接的部位，同时也是地震作用力最直接的作用区，因此关键所在就是要不断加强地基的基础设施，力求能够获得良好的隔震效果，这也是最便捷、最直接的手段。对于建筑物隔震而言，主要指的就是对建筑物部分基础设施进行特殊化的处理，可以铺设一些垫层实现对地震作用力的逐层削弱，进而减轻地震对建筑物所产生的破坏作用。这种方法虽然是一种比较传统的方法，但是其作用效果却十分理想。这种方法的原理就是通过减弱地震波的影响，通过中介物质不断地削弱地震波能量，进而实现对建筑物的保护作用。在我国建筑历史发展过程中，甚至曾经还有人使用糯米作为原材料设置建筑物基础部分，力求可以减轻地震对建筑物所产生的损害，虽然这种方法听上去可能不靠谱，但是在当时的历史情况下，也是一种比较良好的技术创新，而且研发人员也已经认识到了地基材料选择应当具备一定的黏着性，只有借助这种方式，才能够获得较为良好的隔震效果。而随着我国科学技术水平发展速度的不断加快，越来越多先进的材料被使用到了建筑物地基建设当中。而经过不断的研究与试验，一些研究学者发现沥青作为一种特殊材料，将其应用到建筑物地基当中，会获得较为良好的减震效果。

2.2 建筑物层间隔震的主要措施分析

对于一些正在进行改建的老旧建筑物而言，也需要对其进行隔震设计，一般情况下所使用的都是层间隔震的方式。这种方法的施工可操作性较强、较为便利，因此被广泛地应用到了工程施工领域。而与建筑物基本物质设置隔震装置对比而言，层间隔震的效果并不是十分理想，而且减震作用范围也比较小，因此层间隔震的方式的方法很难能够大规模地应用到建筑物设计结构当中，与其他方法对比而言，其所可能产生的减震作用也不是十分理想。这种方法更多情况下所依靠的还是设置在建筑物结构各个层间间隔的减震设施对地震能量进行逐渐吸收与削弱，进而减小地震对建筑物所造成的危害程度，但是整体效果并不是十分好。

2.3 建筑物结构悬挂隔震

悬挂隔震结构也是目前比较常见的一种隔震构造，其是将建筑物大部分或者整个建筑物悬挂起来，在建筑物构件受到地震力荷载冲击时，地震的能量就不会传递到已经经过悬挂处理的结构，进而达到减少损坏、传递能量效果，对于这种结果而言，一般比较常用于一些钢结构当中。但是这种设计模式对结构设计人员的专业知识要求较高，需要将建筑物主体框架与子结构框架充分结合在一起，这种结构及时在地震来临时，子结构框架也不会受到地震荷载影响。从其主要原理上看，就是在地震荷载来临之前主框架会随着地震波方向产生摇摆，但是框架与主框架之间是能够进行灵活运动的标杆，因此地震能量在达到各个构件之后，就已经受到了一定的削弱与简化，不会直接传递到建筑物主体结构当中。这种结构设计方式的主要优势就是具有良好的隔震效果，同时对于降低建筑物损伤也起到了积极帮助。但是这种结构设计方式的整体成本造价比较高，大量的钢结构将会导致整体工程的施工成本出现不断降低情况，因此通常情况下被使用到民用建筑结构当中。

2.4 其他常见隔震设计手段

对于建筑减震设计而言，就是希望能够最大限度地令建筑结构在建筑物当中具有良好强度。通过以上论述可以发现，可以选择的减震结构设计方法比较多，在选择具体方法过程中应当结合整个建筑物的具体使用要求。但是在具体设计时，可能会出现某个部位延性或稳定性不理想的情况。为了解决这个问题，在设计时就可以从两个角度出发对建筑物特点进行研究，进而保证建筑结构减震设计效果满足实际需求。所以，减震结构谁应当被进行大范围的推广，在不同类型的建筑物结构当中都进行合理使用。

(1) 吸震设计。对于这种设计方式而言，是结构安装过程中所选择的一种比较特殊的方式，另外还可以在建筑物当中安装附加结构，该结构可以适当地吸收地震力所产生的能量，这种方式可以缓解建筑物所产生的损害。一般情况下目前比较常见的做法就是在适当位置预留分隔缝，通过内外筒之间所产生的吸引作用对地震能量加以有效吸收，保证建筑物的使用安全与寿命。

(2) 阻震设计。对于这种方式而言，笔者认为可以适当地增加阻尼器的数量，阻尼器在地震来临之后可以有效降低地震所产生的能量，降低地震荷载所产生的振动效应。如果阻尼器自身的性能比较理想，那么对于缓解地震作用力有积极意义。一般情况下，对于高层建筑结构而言，可以在高层框架核心筒体连接位置增设弹簧钢杆摩擦减震器等。

(3) 隔震设计。隔震设计在最近几年也受到了人们的关注，也是目前比较常用的一种设计方法，其主要原理就是在整个建筑物的防震结构位置合理设置隔震层，通过这种结构降低地震能量的影响。在进行隔震设计过程中应当明确较为阻震特征，使用这种方式的主要作用在隔震层当中安装特殊材料。

(4) 结构的动力优化设计。无论是在进行结构设计还是在减震设计当中都应当结合实际情况对结构加以合理优化，例如在选择吸振器过程中应当综合考虑相关参数以及具体的安装位置，这些都是需要关注的重点，只有通过这种方式才可以保证结构具有良好的合理性。以下就将框架减震墙结构作为研究对象对结构优化的相关问题加以阐述与分析。对于框架结构而言，在遭遇中震时，塑性铰仅仅是出现在梁结构的两段，而在遭遇大震时则会在柱子根部出现塑性铰，最终形成梁式侧移结构，因此无论是在任何情况下节点都始终处于弹性状态。而对于抗震墙结构而言，在中震时塑性铰仅仅是出现在梁结构的两段，只有在遭遇大震动情况下才会在墙体根部位置产生塑性铰。而从地震实际情况以及试验所得到结果中可以发现，墙体一般是先于框架破坏。

3 结束语

综上所述，在开展工程建设的过程中，工作人员结合建筑物所在地地震烈度情况合理开展减震结构设计是十分关键的。可以使用的减震方法有很多，但是不同设计方法有着各自的优势与不足，因此笔者认为设计人员一方面可以结合建筑物具体情况选择合理的减震设计方法，同时也可以将几种不同方法综合结合在一起，真正实现趋利避害，进而获得比较理想的减震设计效果，不断提升建筑物的整体稳定性，保障人民生命财产安全。