建筑结构设计与隔震技术应用研究

建筑结构设计与隔震技术应用研究

赵卫兵

上海中建建筑设计院有限公司西安分公司陕西省710000

摘要：隔震设计是建筑结构抗震设计的一种方式，也是我国建筑物抗震设计常用的方式。本文结合大量的文献资料和工程实践工程，对当前建筑结构设计中的隔震技术措施进行了简要分析。然后，结合某建筑工程，分析了隔震技术在抗震设计的应用，仅供参考借鉴。

关键词：建筑结构设计；隔震技术；实践应用；隔震设施；层间隔震

近十年内，我国发生了两次大型地震灾害，造成了巨大人员伤亡和经济损失，后果极其严重。受地震影响，很多地区开始排查建筑物抗震水平，发现部分建筑物抗震能力未达到设计标准，不利于保护人们的生命财产安全。抗震设计良好的建筑物，对降低地震伤害是有利的，必须加大建筑结构设计中的抗震设计研究。隔震技术是建筑物抗震设计常用的技术，下面对隔震技术手段及其在建筑结构设计中的应用进行了简要分析。

一、当前我国建筑物常用的隔震技术措施

所谓的隔震技术，是通过延长结构的自振动周期来达到减小结构地震费反应的目的，适合一些对地震有利的场地，不利场地应当避开使用隔震技术[1]。如，一类、二类、三类场地适合采用隔震技术，四类场地就不适合采用隔震技术。采用隔震技术时，一般要整治地基，在地基上设立抗震设备，再结合建筑上部部分进行结构抗震设计，这几项工作极为关键，不能忽略。此外，建筑结构隔震设计的重心在隔震层设计上，而隔震层设计要充分结合建筑物地基及建筑工程本身实际情况。就目前来看，建筑结构设计中常用的隔震技术有以下几种：

第一，在建筑物地基使用隔震材料。建筑物地基隔震是比较常见的，其关键是将隔离层变成柔性底层，借助这一柔性底层消减地震时的地震波，从而减低地震波对建筑物的破坏性影响。过去经常在建筑物底层上交替铺上黏土和砂粒，或者直接铺设黏土层、砂粒层，这种方式比较传统，现在研究出了一种特殊材料，用它替代传统的黏土和砂粒，形成的隔震层效果很好。

第二，建筑物基础上设立隔震设施。设立隔震设施的主要目的是减震，其原理是通过在建筑基础与上部结构间设置隔离设施来降低地震时的能源向上传递，最大能减少2/3的地震能量。常见的隔震设施有橡胶垫、隔震支座等，设置方式有粘弹性隔震、摩擦滑移隔震等。这种隔震技术虽然利于减少地震能量，但是并不适用于高层建筑物。如果多层建筑物采用这种隔震技术，要确保隔震设施使用年限不低于60年，设置更长，以免降低建筑物结构的抗震能力。

第三，层间隔震。层间隔震技术操作简单，施工方便，但是新建建筑物不适合采用这种隔震技术，旧房改造工程项目比较适合采用。与第二种隔震技术相比，建筑物层间隔震的功效不明显，仅能减少3/10左右的地震能量。此时，它能很明显的减少地震对建筑物结构安全的破坏性影响，这一点是第二种隔震技术无法比拟的。

第四，悬挂隔震。悬挂隔震，指的是将建筑物大部分悬挂出来，即悬挂结构。当地震来临时，由于建筑物大部分采用了悬挂结构，所以地震能量传递不到上部结构上，进而达到保护居住者安全的目的。目前，大型钢结构的建筑物经常采用这种形式的隔震技术。钢结构建筑物包括主结构、子结构等组成部分，其中子结构可以悬挂在主结构之外，以实现悬挂结构设计。

二、建筑物结构隔震设计计算方法

（一）规范方法

就目前而言，建筑物结构隔震设计经常采用分离式计算方法来引入减震系数。简单的说，就是将隔震结构的楼层剪力与非隔震结构的楼层剪力进行比较，把其中最大的比值作为减震系数[2]。若是高层建筑结构，除了对比以上内容外，还要对隔震结构的楼层倾覆力矩和非隔震结构的楼层倾覆力矩进行对比，也是取最大比值。

确定减震系数后，可进行隔震结构设计。具体计算时，用非隔震结构的地震作用乘以减震系数，同时充分考虑隔震支座的性能，再除以调整系数。必要时，可以适当增加调整系数，利于增强隔震设计的安全性。一般情况下，建筑物隔震结构承受的地震作用分布状态为梯形，如果模拟计算的分布结果不符合这一情况，应当重新进行计算。

（二）时程分析

对减震系数进行计算时，可以采用时程分析法，能够比较精确的计算出隔震支座的模型。

隔震支座不同，采用计算模型自然不同，若是橡胶支座，可采用弹性模型，若是其他类型的支座，必须采用更复杂的支座。支座模型计算时，考虑支座的受拉刚度和受压刚度，处理好两者的关系。

三、建筑结构隔震设计案例

某地拟建机场航站楼，场地地形高低不平，地层有断层穿过，属于地震烈度比较高的地区，其结构设计必须采用隔震技术[3]。本机场航站楼采用基础隔震技术，使用橡胶支座。其中，橡胶支座直径为1m，供1800多个，其示意图如图1所示。

本机场航站楼结构比较复杂，下部4层为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，基础柱网为12m×18m；上部为大跨度钢结构，柱距为24m×26m。面对如此复杂的建筑主体结构，为了满足建筑抗震设计要求，故采用了基层隔震技术，具体措施：第一，在外外部布置纤芯橡胶支座，内部布置叠层橡胶支座；第二，沿着东西、南北方向各自布置足够数量的黏滞阻尼器；第三，对场地进行整平处理，提高基础场地的平整性，为基础隔震设施布置创造有力条件。

利用前面提及的方法进行计算和对比，得出各层剪力比都不高于0.35，进而确定减震系数为0.5。此时，建筑隔震效果可以很好的降低一度地震烈度，满足本机场航楼隔震设计要求。

四、结论

综上所述，隔震设计是建筑结构设计的重要内容，一些高地震烈度地区的建筑物结构设计都必须注重隔震设计，用以降低地震烈度及其破坏性影响，保护人们生命安全。目前，常用的隔震技术有基础隔震、基础设立隔震设施、层间隔震、悬挂隔震等，其中基础隔震和设立隔震设施的应用更常见，也很受欢迎。从工程实践应用效果看，基础隔震措施施工简单，效果显著，可降低地震裂地，值得广泛应用推广。

参考文献

[1]薛彦涛.建筑结构隔震技术现状与应用[J].建筑结构，2011，41（11）：82-87.

[2]朱宏平，周方圆，袁涌.建筑隔震结构研究进展与分析[J].工程力学，2014，31（03）：1-10.

[3]王静.建筑结构设计与隔震技术应用研究[J].今传媒，2016，24（11）：155-158.