建筑结构设计隔震减震技术浅析
杜昀彧 马蛟
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杜昀彧 马蛟,. 建筑结构设计隔震减震技术浅析[J]. 建筑技术学报,20232. DOI:10.12721/ccn.2023.157016.
摘要: 土木结构的建筑物上部分结构与基础结构、下部分结构之间应设置好隔震层,在将地震的能量传输到上层结构时,大多数的能量都被软质隔震层所吸收,只有少量的能量传导到上层,以此减少地震对建筑物以及人员造成的危害。目前,我国隔震技术突破了传统的“硬碰硬”,采用“以柔克刚”的新思路,在实际设计过程中按照结构体系,设置好隔震层,确保建筑物整个结构系统“软化”,以提升自振周期、阻尼,减少地震能量对上部结构的传递。同时,随着结构振动周期的延长、加速度响应的降低、位移响应的增强,增大了结构的阻尼、降低了加速反应,位移响应也被减小,进而使土木建筑结构达到良好的抗震效果。
关键词: 建筑结构;设计;隔震;减震
DOI:10.12721/ccn.2023.157016
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引言

建筑工程项目设计中结构设计的重要性不容忽视,为了较好实现结构设计方案的优化,从隔震减震设计入手极为必要,建筑结构设计人员应该在明确项目抗震方面的具体要求后,采取相匹配的隔震以及减震措施,保障后续建筑工程项目结构体系可以具备理想的稳定性和安全性效果。当然,具体到不同建筑工程项目中,相应隔震以及减震措施的选用也存在较为明显的差异,如此也就必然需要引起建筑结构设计人员重视,避免因为措施选择不当或者是应用不合理,导致最终建筑结构抗震设计效果受损,因此相关研究极为必要。

1 隔震减震技术在建筑结构设计中的作用

作为减少建筑物地震损伤效应的有效手段,隔震和阻尼措施可以使用阻尼装置来提高结构的阻尼,从而减少结构在地震期间的响应。此外,通过延长结构的自振周期,可以达到减少水平地震对结构的影响的效果,这在建筑结构设计中得到了广泛认可和应用。国内外的大量实验和实践证明,隔震减震措施的采用可以减少60%的建筑结构受到的水平地震力作用,减少或消除建筑物在地震中所遭受的破坏,增强建筑物内的设施和人员的安全。提高建筑在发生地震后仍然能够维持使用的能力。

2 地震对于建筑物本身的影响

地震波以体波和面波的形式存在。在进行研究的时候工作人员又可以将让体波进行更加细致的划分,其一为纵波,其二为横波。面波也能够分为瑞雷波以及诺福波。在上述的集中地震波形中,面波可以在地表区域进行距离较远的传播,横波则能够实现在固体环境中的效率传播。纵波则可以在固体和液体之间实现传播。体波的传递效果如其名字而言,纵波的传递会造成建筑物在上下空间区域的颠簸,横波在出现则会造成建筑物在水平方向的左右位移。面波在传输能量的时候会比横波要大,地震灾害中可以导致建筑物在水平和垂直两个方向的移动。从此能够看出,建筑物的坍塌和损坏在很多情况下都是因为面波的存在而造成的。工作人员在后续的工作任务中也需要注重对此种波形的特点进行研究,并借此机会研究出更加适合的技术解决相应问题。

3 建筑结构设计常用隔震措施

3.1 地基隔震

在发生地震时,建筑物的地基是建筑物与地震源直接接触的区域,地震后会有直接振动,因此在地基中安装隔离设施可以有效减少地震对建筑物的影响。在建筑物的地基上安装隔震装置是对建筑物的基础部位进行隔震处理,一般情况下会在建筑结构的基础上铺设垫层,这样可以减少由于地震引起的震动,减少对建筑物的冲击。传统的建筑隔震施工技术主要是在建筑的地基上混合铺设黏土和砂土或在软黏土和砂土之间放设土工布。在我国建设工程技术进步的今天,有关部门在进行抗震措施的设计时,开发了改性沥青阻尼减震材料,这种材料能够有效取代黏土砂垫层。因为具有极强的隔震减震能力,可以有效地降低建筑构造在地震中受到的破坏,获得了广泛应用。

3.2 基础隔震技术

所谓的基础隔离装置将安装在建筑物底部和上部结构中,并通过柔性连接实现连接。这可以更好地形成隔离系统。使用时,该系统可以有效减少对上部结构的影响,更好地发挥减震作用。在建造基础隔震结构系统时,需要对三种类型的结构进行研究。其一是上层结构,其二是隔震装置,其三是下层结构。此隔震技术的主要原理是利用结构的长期性特点,通过其在底层的集中位移状态,进而减少上层结构出现位移情况的几率,建筑物所承受的地震能量可以更好地被地面所吸收,这样能够确保建筑的上层结构具有较强的稳固性。这种技术在研发的时候会事先采用软泥层地基材料,但并不能够确保其在使用的时候时刻起到良好的作用,这就需要积极寻找替代品。基础隔震技术本身的经济性有待提升,因此只会在地震多发地带使用,或者在重要的公共建筑中利用。

3.3 悬挂隔震

所谓的悬挂隔震指的是将建筑物的大多数或全部的结构悬挂起来,在发生地震时,主体结构会跟随地壳的运动而晃动,这样可以减少地震对悬挂建筑结构的冲击,减少对建筑造成的影响。采用悬挂隔震的方法,其抗震性

4 减震措施

4.1 消能减震

在建筑结构设计中,通常采用耗能和减振技术。主要是通过提高建筑工程本身结构的附加阻力值来达到减振的目的。需要确保消能结构元件能够被理想地使用,从而实现地震能量波的吸收,形成良好的建筑结构保护功能。基于这种消能减震措施的应用而言,其往往表现出了较强的适用性,不仅可以在一些新建工程项目中应用,还可以在既有建筑工程项目中予以改造应用,由此同样达到了较为理想的消能减震目的。消能减震措施不仅仅可以在钢混结构中发挥积极作用,在钢结构中同样也能够形成良好作用效果,整体结构体系的保护功能较为突出,成为当前颇受重视的减震措施。当然,为了更好提升消能减震效果,建筑结构设计人员往往还需要重点关注于恰当消能减震装置的选用,比如对于塑性阻力器、粘滞阻力器或者是摩擦阻力器,都应该进行深入分析,结合建筑工程项目结构体系予以恰当选择,促使这些消能减震阻力器可以恰当融入其中,进而对于相应建筑结构体系发挥出较为理想的保护功能。

4.2 无粘结钢支撑体系

无粘结钢支撑体系是一种灵活的减震支撑体系,它的作用是在建筑内部的钢支架和外面包裹的钢管的空隙处不粘结,或在建筑内部的钢支架和外部包裹的钢筋混凝土和钢管混凝土的缝隙中加入无粘结漆,从而形成滑移界面,在支架的中部布置外包层,在支架的两端留出合适的内部钢支架部位,并采用高强度的螺栓对框架结构进行加固,以增加建筑结构能够承受的压力和张力。应特别指出,在采用非粘结钢支撑体系时,应对滑动接触面所采用的材质和几何参数进行严格地估算,允许内部钢支架与外部包裹层形成自由滑动范围,防止内部钢支架发生横向变形。

4.3 吸震技术

此技术在应用的时候可以实现子结构的应用。在地震发生的时候应该进行能量的重新分配,转移振动的方式可以实现减少对建筑结构的影响。此技术在当前环境下存在两种装置形式。其一为调频液体阻尼器,此装置在使用的时候主要需要依靠水箱液体。其二为调谐质量阻尼器,其能够降低结构振动,进而实现减震效果,真正提升整个工作的质量,让减震工作能够具有更好的效果。

结束语

在抗震结构设计中,设计人员应熟练掌握有关的隔震技术,并明确建筑产业发展趋势,进而将隔震技术应用到土木建筑结构抗震设计中,这不仅可以增加经济效益,还可以保障居民的生命和财产安全。

参考文献

[1] 高卫红.减震隔震技术下高层建筑消能减震结构概念设计[J].华南地震,2020,40(4):140-145.

[2] 吴昊.浅谈高层建筑结构设计中的隔震减震措施[J].工程建设与设计,2018(18):10-11.

[3] 谢延友,石长安.建筑隔震设计相关问题的研究[J].工程建设与设计,2020(16):35-36.