试论建筑结构设计中的隔震减震策略.pdf

LOW CARBON WORLD 2023/7建筑 节能试论建筑结构设计中的隔震减震策略黄伟（中核华纬工程设计研究有限公司，江苏 南京 210000）【摘要】进入 21 世纪以来袁我国建筑行业快速发展袁建筑结构质量得到进一步提高袁同时袁对建筑结构设计中隔震减震策略的重视程度也在不断提升遥 基于此袁主要对建筑结构设计中的隔震减震策略进行研究袁阐述隔震减震策略的意义及原则袁分析建筑结构设计中隔震减震存在的问题袁并提出具体的隔震减震策略袁旨在进一步提高建筑的稳定性与安全性袁为人们提供更加舒适的居住环境遥【关键词】建筑结构设计曰隔震减震曰策略【中图分类号】TU352【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）07-0118-030 引言我国是地震多发的国家，因此，人们对建筑结构的抗震性能提出了更高的要求，需采取合理的隔震减震策略，有效抵御地震带来的威胁，减少地震灾害造成的损失。在进行建筑结构设计时，应积极重视建筑结构的安全性设计，保证施工团队能根据设计图纸内容完成后续施工。1 建筑结构设计中隔震减震策略的意义及原则1.1 意义我国城市地震发生较为频繁，地震会造成严重的经济损失，对人们的生命安全构成巨大威胁。我国许多建筑结构设计缺乏良好的抗震性能，建筑抗震技术落后，对人们的生活造成较大影响。因此，必须采用合理的隔震减震策略，尽可能减少地震带来的危害，使建筑结构设计能够得到满足人们的居住要求。在建筑结构设计中采用隔震减震策略，合理设置隔震层或使用减震装置，可以将地震时所受到的水平位移、加速度和剪力等传递给非结构部件，从而保护建筑主体结构免遭破坏，削弱地震带来的危害效果，保护人们的生命财产安全。地震对建筑造成的破坏如图 1 所示。1.2 原则建筑结构设计中隔震减震策略包括以下 3 项原则：淤整体性原则。建筑结构设计中的隔震减震策略必须从整体角度出发，以建筑整体为设计对象，确保建筑整体的各个部位都具有良好的抗震性能，全面提升建筑物安全性。于简化性原则。为增强建筑的抗震性能，在进行建筑结构设计时，要求在保证居住性能基础上，对建筑结构进行简化，尽可能避免出现过于复杂的结构，使建筑的抗震性能受到影响。盂抵抗性原则，建筑的抵抗性是提升建筑抗震性能的关键，要想使建筑结构具有良好的抵抗性效果，就必须采用合理的建筑工艺提高施工质量，使建筑结构刚度满足施工力学标准要求，施工完成后，根据相关流程对建筑结构稳定性开展检验，使建筑结受力平衡，减少地震带来的危害1。2 建筑结构设计中存在的问题2.1 支座问题在建筑结构设计中，剪力墙深受隔震减震支座的影响，因此，建筑的剪力墙应秉承分散原则，不可在隔震减震支座附近集中布置剪力墙，避免剪力墙的倾覆力增大。此外，部分建筑的隔震减震支座过于集中，对支座的抗震性能造成很大影响，抗震效果下降2。因此，需要对建筑的结构受力数值进行计算，在建筑受力数值较大区域安装隔震减震支座，增强建筑的隔震减震效果。建筑隔震减震支座安装效果如图 2 所示。2.2 建筑结构走向问题建筑结构走向不合理在很大程度上会影响建筑的抗震性能。地震作为比较常见的自然灾害，通常是图 1 地震对建筑造成的破坏118LOW CARBON WORLD 2023/7建筑 节能图 2 建筑隔震减震支座安装效果下耐磨板球冠上支座板上锚棒及锚栓不锈钢板上耐磨板下支座板下锚棒及锚栓图 3 基础隔震层改造效果墙体隔震支座室外地面上地圈梁室内地面滑移层基础混凝土垫层下地圈梁隔震垫层图 4 基础隔震设计原理上部结构水平刚度 K阻尼 C下部结构隔震装置地震作用时上部结构做水平移动上部结构下部结构由于地壳运动引起的，当出现比较严重的地震灾害时，容易引发建筑倒塌的问题。在建筑结构设计中，如果建筑结构走向与地震方向平行，建筑产生的震动幅度较大，会增加建筑倒塌的风险，如果建筑结构走向与地震方向垂直，则震动幅度较小。因此，应做好建筑的结构走向设计，结合水文地质条件，使建筑结构走向与地震方向保持相对垂直的状态，避免建筑结构走向与地震方向平行。2.3 建筑结构选择问题建筑结构选择问题主要表现在建筑结构形式比较复杂。由于建筑物结构涉及的内容较多，过于复杂的设计会降低建筑结构的抗震性能。而且，结构的复杂化，使设计人员在设计时需要考虑的抗震因素较多，往往会忽略重要的隔震减震结构。此外，规范也会影响建筑结构的选择，国家和地方标准规定了一系列针对抗震设计的规范，这些规范要求某些类型的建筑应采取特定的抗震措施，但不同规范之间存在差异，并且一些规范对于隔震减震设计并未提供明确的指导，这给建筑结构选择带来一定困难。3 建筑结构设计中的隔震策略3.1 特殊材料隔震特殊材料隔震是一种比较省时环保的隔震策略。为了提高建筑结构的耐久性和韧性，可在建筑物主要承重部位使用黏土、砂砾等特殊材料，在建筑隔震支座中设置一层垫层，以此降低地震所产生的危害。随着隔震技术的不断创新，许多建筑结构会采用沥青作为特殊材料，利用沥青材料的可塑性能设置隔震层，使建筑的隔震效果更加突出3。3.2 基础隔震建筑结构设计中的基础隔震策略旨在通过改变地下基础与上部结构之间的相互作用，在建筑物基础与上部结构之间设置基础隔震层，降低上部结构的地震反应。要求基础隔震层具有较高的可靠性以及安全性，降低地震对建筑结构的影响，对建筑结构起到良好的保护作用。基础隔震层改造效果如图 3所示。从实际的应用效果来看，设置基础隔震层后，可进一步提高建筑的整体安全性，降低建筑上部结构的破坏程度，避免出现建筑倒塌现象，减少建筑内部人员伤亡。在设置基础隔震层时，需要选择合适的材料提升基础隔震层的隔震性能，例如，使用橡胶材料提高隔震垫层的性能。另外，在进行基础隔震设计的过程中，需要采用更加合理的设计，具体设计原理如图 4 所示。从图 4 可以看出，为保证建筑结构具有良好的隔震效果，需要在底部设置的隔震装置，当发生地震时，地震波不会传导到上部结构，保持上部结构稳定。为防止出现比较明显的位移和变形现象，可采用柔性连接方式对隔震层进行加固。3.3 中间层隔震中间层隔震是在建筑原结构的基础上，在上部结构的中间层增设隔震层，以此来减弱地震时有基础向高层传导的地震波，有效保护建筑上层结构。中间层隔震一般应用于现有建筑抗震改造中，与基础隔震相比，中间层隔震无须挖开建筑基础，只需在上119LOW CARBON WORLD 2023/7建筑 节能部结构中间层增设隔震设施，就可以起到良好的防震效果。在具体设计过程中，为防止建筑物隔震层出现移动变形，在建筑外墙设置水平缝，需考虑建筑的抗震效果和外观协调感。为提高隔震性能，中间层隔震层的设置需满足以下要求：淤中间隔震层水平刚度要足够高，在面对强烈的地震时，中间隔震层能够始终保持着初始刚度，防止中间隔震层出现明显的变形。于中间隔震层水平位置与上部结构中心距离保持一致，以提升隔震层的作用力。盂中间隔震层具有较强的竖向承载力以及水平变形能力，在面对强大作用力时，对建筑物能起到有效的支撑作用。榆中间隔震层要具有良好的自动复位功能，当发生较强的地震后，中间隔震层能够复位到初始位置中。3.4 悬挂隔震悬挂隔震设计是通过悬挂的方式将建筑结构各个部件悬挂起来，当发生地震时，地震所产生的能量在向建筑上部传递时会不断衰减，惯性作用逐渐下降，保证建筑不会倒塌。悬挂设计结构如图 5 所示。在面对强度较小的地震灾害时，地震能量并不会传递到悬挂的结构中，所产生的破坏程度也会进一步下降。悬挂隔震设计一般应用于大型钢结构设计中，大型钢结构建筑以钢结构悬挂体系为主，整个体系分为主框架和子结构，可以保证地震能量在传递过程中不断衰减。4 建筑结构设计中的减震策略4.1 无黏结支撑体系减震设计无黏结支撑体系是建筑结构设计的关键减震策略。无黏结支撑体系的外包钢管和内核钢支撑之间不黏结，或者在外包钢筋混凝土与内核钢支撑之间喷涂无黏结漆，形成明显的滑移结构。在支撑体系中段设置外包层，在支撑两端适当部位露出内核钢支撑，再用高强度螺栓连接框架结构，以保证荷载和拉力都只由内核钢支撑来承受。滑移界面的材料和尺寸需精心设计，以允许内核钢和外包层之间产生相对滑动，同时约束内核钢支撑的横向变形，防止内核钢支撑在压力作用下发生整体屈曲或局部屈曲。当发生地震时，通过滑移结构，地震能量进一步衰减4。无黏结支撑体系减震设计如图 6 所示。4.2 跷动控制减震设计跷动控制减震设计是一种新型的基底隔震技术，采用跷动控制减震设计的建筑上部结构并不是刚性地与基础连接，而是允许上部结构有一定的竖向自由度。当发生强烈地震时，上部结构可以与下部基础脱离，发生跷动，通过上部结构的晃动来减震，有效地耗散地震的能量。与传统减震技术相比，跷动控制减震设计是放松转动约束，而不是放松水平约束。5 结语本文主要对建筑结构设计隔震减震策略进行分析，要求建筑设计人员从实际角度出发，加强对建筑结构设计的重视，选择更加具有针对性的隔震减震策略，减少地震带来的损坏，保障人民的生命财产与安全。参考文献1 徐开进.简析建筑结构设计中隔震减震控制技术的应用J.大众标准化，2023（7）：43-45.2 王龙熙.建筑结构设计隔震减震技术浅析J.四川水泥，2023（2）：98-99，113.3 马良策.建筑结构设计中的隔震减震措施浅析J.城市建设理论研究（电子版），2023（4）：131-133.4 王钰.隔震、减震控制技术在建筑结构设计中的运用分析J.低碳世界，2023，13（1）：75-77.作者简介院黄伟（1981），女，汉族，江苏苏州人，本科，高级工程师，主要从事结构设计工作。图 6 无黏结支撑体系减震设计油枪混凝土封闭注入孔道的油脂无涂层的端部钢丝端部孔道锚具构件有涂层的无黏结预应力束1斜拉杆；2主结构；3组合梁；4吊杆；5刚接；6悬挂子结构；7主结构柱。图 5 悬挂设计结构4235671120