建筑結構設計隔震和消能減震策略

周陳凱

（東南大學建筑設計研究院有限公司 江蘇南京 210000）

我國的經濟發展快速，在其帶動之下，人們生活的現代化水平也持續增長，人們平時的工作、學習及日常生活都和建筑物之間保持著緊密的關聯。建筑為越來越多的人提供服務，并帶來生活的便利，而現代社會對房屋建筑質量的要求也越來越高，必須要確保建筑物的質量與安全性。

1 建筑進行隔震和減震設計的必要性

建筑物的安全受到很多因素的影響，其中包括質量因素和不可抗力因素。質量因素主要是指建筑物的整體設計情況、施工過程中對質量的把控情況及后期養護的情況。不可抗力因素主要是指一些自然災害，如地震、大風等。發生自然災害時，建筑物的穩定性決定了人們的生命安全是否能得到保障，穩定的建筑物可以保證自然災害發生時的自身穩定性，在一定程度上為保護生命安全提供保障。對建筑物進行隔震和減震的設計就是為了增強建筑物的穩定性，通過技術手段及建筑工藝等措施，讓建筑物的穩定性得到提高與增強，從而對不可抗力因素進行有效防御［1-2］。

2 建筑隔震和消能減震設計所適用的范圍

地震是一種經常發生的自然災害，它對人們的生命安全有著嚴重的危害，對于生產和生活也造成了很大的不良影響，所有的建筑項目都需要考慮應對地震的設計。

國家和社會對生產和生活安全都非常重視，對于建筑物的抗震能力要求越來越高，隨著社會的發展和科技的進步，在隔減震措施方面取得了很大的技術突破，越來越多的建筑通過采用隔減震的方法來保證建筑物的穩定性。將隔震減震的技術應用到所有的建筑物設計中，是我國對建筑行業安全性保障的必然要求。

3 隔震和消能減震設計目前存在的一些問題

建筑結構是支撐整個建筑物的框架基礎，結構設計一旦出現問題，就會對整個建筑的安全性、合理性產生巨大的影響，所以，必須要確保建筑結構設計能夠有效開展。隔震和消能減震作為一項新的技術，在不斷地進步和發展，通過大量的實踐檢驗及理論知識的支撐得到逐步的完善。隔震和消能減震技術的實用性及安全性還需要進一步加強研究，對于存在不足的地方還需要進行不斷的改善。在隔震與消能減震技術的廣泛使用過程中還存在一定的局限性。

參與設計和施工的人員已經對隔震和消能減震技術有了一定的了解，并且清楚這兩項技術可以帶來的好處。但對這兩項技術的實際掌握程度還不夠，對于技術的使用情況及使用效果還不能做到有效的保證，實現隔震和消能減震技術的有效使用還需要一定的時間。

隔震和消能減震技術的使用會帶來建筑工程的建設成本的增加，且每一種隔減震的技術都有其優點和缺點，結構設計及施工的相關工作人員應根據建設位置的實際地質情況及建筑本身的隔減震需求來進行防震技術的選擇，通過綜合分析各方面的因素，來制定出最適合該建筑的隔減震設計方案［3-4］。

4 隔震和消能減震在結構設計方面的敘述

隔震和消能減震是增強建筑物抗震能力的重要方式，通過隔震和消能減震設計，在發生地震時，能夠確保建筑物有效地降低危險。

隔減震技術主要是對地震波進行緩沖和消除，避免地震波能量過多地波及建筑物。隔震設計所使用到的技術方法是鋪設隔震層，通過隔震層，將建筑結構進行分離，在發生地震時，隔震層可以緩沖地震波帶來的沖擊力。隔震層的設置將地震發生時建筑物所發生的晃動能量轉變成建筑物相對于地面的橫向移動。通過隔震層對地震波進行隔離和吸收，可以減少地震帶來的地震波對建筑物的破壞，減輕建筑物的搖擺程度，從而達到避震的效果。消能減震的原理則是借助阻尼器將地震發生時產生的震動進行震動時間的延長，從而減緩震動幅度，并最終通過增加阻尼比來實現建筑物抗震能力的增強。

5 在提高建筑物結構的性能時所采用的主要方法

隔減震目標是借助一些輔助的結構材料或構件來完成的，通過增強建筑對外力的抵抗能力，把發生地震時帶來的震動和沖擊波進行削弱，從而增強建筑物抗震的能力，減少地震災害給建筑物造成的損壞。通常情況下，消耗地震能量的材料、構件及排布安放情況需要通過科學合理的設計來確定，一般將這些結構部件放置在建筑物變形風險比較高的地方，通過這些部件，可以提高建筑物的穩定性，極大程度地減弱地震帶來的震動和沖擊波。把隔減震部件放在建筑物的兩個主軸方向，可以大大提高這兩個方向的強度，提升抵抗地震的能力。

隔減震措施不僅可以在新建設的建筑中加以運用，對建筑物的關鍵構件進行有針對性的處理，起到減震的效果，還能夠應用于已經建設完成的結構中，起到提高建筑物剛度的作用，實現對原有結構的加固處理，以此來增強對地震的抵抗能力。在對建筑結構進行抗震性能提升的設計時，需要在建設項目開始施工之前進行，根據現場的實際情況，進行隔減震方案的設計，制定符合該建設項目的隔減震措施，保證項目在滿足隔減震需求的施工方式下進行施工。

想要盡量地減少地震災害對于建筑物整體的影響，可以在進行建筑物的建設時提前在主要承重部位進行隔減震裝置的設置，也可以在建筑項目完成以后再對建筑整體進行加固。借助特殊部件和設備對地震所產生的能量進行消耗，減少地震波對于建筑物結構的損壞，以此來保證建筑物主體的穩定性和安全性。建筑物整體結構的抗震能力與消能減震裝置的抗震能力呈正相關，當消能減震裝置抵抗地震力的能力增強時，對于建筑物本身主體結構，可以適當地降低抗震標準，降低的程度要按照地震造成的危害系數及消能減震裝置的減震系數來進行計算［5］。

6 應用在建筑結構中的一些具體的減震方法

6.1 懸掛隔震法

懸掛隔震的方法就是將主體結構采取懸掛的方式來進行設計和施工，這樣在地震引起地面震動時，沖擊波帶來的沖擊力可以避免傳導到主體上，減少了主體質量所產生的慣性力，借助這個方法來提高減震的效果。懸掛隔震的方法主要使用在大型的鋼結構里面，鋼結構本身就具有懸掛的體系，使用在鋼結構上，可以有效地提高減震的效果。大型的鋼結構主要由兩部分組成：主體框架結構和子結構，可以通過吊桿進行子結構的懸掛，通過懸掛來承擔子結構的質量。這個懸掛體系可以大大地分散主框架和子結構之間的距離，阻滯地震發生時的力量傳遞，對整個結構在地震狀態下的響應做出控制［6-7］。

6.2 對于建筑物的地基部分使用特殊的材料

對建筑物的基礎隔震處理，指的是將建筑物的基礎結構進行有針對性的抗震性能加強處理，當地震發生時，有效地對地震波進行消耗和阻擋，盡量減少地震對建筑物帶來的危害。比較常用的方法是對建筑的基礎結構部位進行隔震處理，在基礎建設之前，鋪設沙子和黏土形成墊層，或者將沙子和黏土進行交替鋪設。還有一些特殊的施工方式會借助糯米對基礎結構部位進行墊層設置，通過墊層設置來達到減輕地震危害的目的。最新的研究顯示，以瀝青為基礎原料進行相關材料的混合和加工，得到的新型材料可以使得隔震的效果更加明顯。

6.3 建筑結構的層間隔震方法

層間隔震結構的原理是把建筑結構本身的抗震能力與隔震構件進行結合。在既有的建筑結構中安裝耗能減震的裝置，這種裝置通過隔震支座與原結構進行組合，并進行層間隔震處理，該方法主要使用在對于舊房的改造施工項目中，操作起來也比較簡單。相比于在基礎結構部位安放隔震裝置的方式，層間隔震所發揮的隔震作用較小，作用效果不是很明顯。層間隔震的作用效果雖然沒有基礎隔震的隔震效果好，但是可以依靠原本建筑物的隔熱層和結構上面的夾層對其進行科學的改造，以此來增強隔減震的效果。從實用性和便捷性方面來看，層間隔震方法很有發展潛力［8-9］。

6.4 對基礎進行隔震處理

地基和基礎設計在建筑物的整體結構設計中是非常重要的兩項內容，進行隔震設計時，自然少不了對地基和基礎的隔震處理。在進行隔震設計之前，需要從建筑物的實際特點出發，結合所使用的材料的特點，對隔震設計的方法進行綜合考慮，得出最恰當的隔震設計方案。地基是建筑物直接與土層接觸的部分，也是發生地震時傳導地震波的主要結構，做好地基和基礎的隔震設計，可以有效避免地震發生時對整體建筑物的傷害。

進行基礎隔震的原理就是將隔震的裝置放置在上部結構和基礎結構中間，當發生地震時，可以有效地阻擋地震力向上傳遞，避免傳遞到上部的結構中，通過這種方式，可以減輕上部結構由于地震而產生的響應?；A隔震的方法在多層建筑中使用得比較多，小高層建筑中，如果建筑整體的形狀比較規則的話，也可以使用基礎隔震的方法。但是，基礎隔震的方法在高層建筑中的使用效果不是很明顯［10-11］。

7 建筑物在進行抗震設計時要注重的問題

地震是由于地殼的運動引起的，地質情況對地震的形成有著巨大的影響。很多房屋倒塌受地震波的走向影響特別大，對于地震的走向問題的判定主要是根據發生地震以后房屋產生震動的方向，因此，在進行建筑物的選址時，要充分地考慮地震的走向問題，對選址地的地質條件進行充分的分析和研究，以此來了解地震的走向。通過以往的地震震害情況來看，在發生地震的地區，建筑物的方向和地震的走向是平行關系時，非常容易造成建筑物的坍塌；而建筑物的方向和地震的走向為垂直時，建筑物的坍塌概率就很低。因此，建筑物的建設方向要盡量和地震的走向保持垂直，以此來減少地震走向對建筑物造成的危害。

8 無粘結支撐體系在減震設計當中的作用

無粘結支撐體系在所有的減震體系中是對地震的敏感度最高的。該體系通過保證外包的鋼管和內核鋼之間不發生粘結，或者通過在兩者中間涂上不會發生粘結的漆，形成一種滑移的接觸面來實現。需要保證支撐的兩端內核鋼支撐部位的裸露，而在內核鋼支撐的中間部位加上外包層，使用螺旋栓對二者進行連接，確保產生的拉力及壓力都可以在內核鋼支撐的承受范圍之內。對于滑移面所使用的材料及大小尺寸，都需要進行精確的設計及精密的施工，保證外包層和內核鋼進行相對滑動時的運動狀況受到控制。對內核鋼支撐可能會發生的變形進行控制和約束，可以有效地降低在壓力影響下產生的內核鋼支撐變形情況。無粘結支撐體系的設計也存在著一定的缺陷，對于所使用到的附件計算精確度和設計方面的一些問題的要求非常的嚴苛。無粘結支撐體系所存在的建筑物中，建筑物的整體重量是由內鋼來進行支承的，外鋼的主要作用是對重量進行輔助支撐，通過外鋼的輔助效果來提高內鋼的支承效果，極大程度上降低了內鋼彎曲的概率。

9 結語

對建筑物進行結構隔減震的設計，并且采取隔震和消能減震的方法來對建筑物的抗震能力進行提高，可以極大地減少建筑物的后期維護成本。隔震和消能減震技術在建筑行業被廣泛使用并取得了良好的效果，也可以將這些成功的經驗利用在其他的相關領域中，從而發揮出更大的作用。