探究建筑结构的隔震技术

探究建筑结构的隔震技术

王康振

广东省建筑设计研究院有限公司

摘要：建筑结构的隔震技术对建筑物的使用安全有着深远且重大影响，因此，深入研究隔震技术对实际工程存在重大意义，并持续地增强建筑物的阻尼和隔震性能，有利深入研究隔震技术对实际工程存在重大意义于居民的生命和财产安全得到更好的保障。针对这种情况，本文首先对其进行了详细的描述，其次对其进行了深入的剖析，最后给建筑结构隔震技术的应用和发展，提供一些可靠的参考依据。

关键词：建筑结构；隔震技术；隔震支座。

1建筑结构隔震支座的主要类型

1.1橡胶隔震支座

橡胶隔震支座主要有：一般橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座和高阻尼橡胶隔震支座，要在实际的工程中得到更好的应用，就必须对它们有更好的认识。在这些结构中，一般的橡胶隔震支座表现出了优良的横向变形能力和纵向受压承重性能，在制造一般的橡胶隔震支座时，要将薄橡胶层和薄钢板采用分层交替叠合的方法，再置于高压高温条件下进行整体硫化，从而保证钢板与橡胶层保持紧密结合，并让钢板对橡胶层有良好的变形约束作用[1]。在研制铅芯橡胶隔震支撑时，需要以常规隔震支撑为基体，通过钻孔灌注铅化，获得具有高阻尼、减小隔震层位移和增强结构抗震性能的隔震结构。尽管在制造橡胶隔震支座上，我们已经积攒一些经验，但橡胶隔震支座的材料性能仍有待提高，对钢板与胶层的粘合进行充分的考量，并对粘合工艺和粘结剂进行合理的选择。

在隔震体系中，橡胶的耐久特性会对其耐久特性产生重要的作用，在其耐久特性中添加抗氧化剂，可以提高其耐久特性。从目前的研究状况来看，它的工作年限与建筑物的工作年限相当，能够适应建筑隔震技术的需求。国内外对普通橡胶隔震支座与铅芯橡胶隔震支座展开了相关的探讨，详细地探讨了相关研究对象对橡胶隔震支座发生的影响，其中研究对象具体地包含了压剪切破坏、轴向拉伸破坏、轴向压缩破坏、竖向刚度、水平向阻尼与刚度、加载次数、加载频率等因素。目前，国内关于其拉-剪切损伤的实验和理论研究还很缺乏，有关产品对其垂直拉应力的规范也需要进一步完善。

将有限元技术应用于橡胶隔震垫结构的力学性能分析，可以弥补基于哈林克斯假说的计算缺陷，提高工作效率，并能对实验费用进行有效的控制。由于该结构的形成机制及材质特征较为复杂，有如下问题有待进一步探讨：

(1)对内加劲肋的受力特性进行分析；

(2)对拉伸剪切的机械特性进行实验和分析；

(3)对较大直径层状橡胶支撑件进行受力分析；

(4)对复合受力条件下的层合式弹性支撑进行分析，在建筑结构隔震设计中，缺乏对橡胶隔震支座进行的分析验证计算，只要保证橡胶隔震支座的各项参数都符合有关规范的要求，就可以对其进行验证。

1.2摩擦摆隔震支座

摩擦摆式减振支撑是一种自愈减振的减振体系，其表现出了良好的工程化特性，在实际工程中得到了广泛的应用。当使用摩擦摆隔震支座时，将滑块设置在凹形曲线的底盘中，当发生水平位移时，滑块会滑到底盘曲线的高处，在上部引力的作用下，滑块会自动滑到低处，从而达到自动复位的作用。滑块的滑动面与底盘曲面的曲率半径一致，二者均采用 PTFE等低摩擦的材质，根据曲线形状在滑块的上方进行设计，能够确保顶板横向的滑动。而摩擦摆式减振支撑系统的回弹力又受支撑系统的刚性及底盘表面曲率的影响[2]。

从对摩擦摆隔震支座的分析可以看出，它的一大优点就是耐久性高和滞回性好，而且在长期载荷和温度作用下，它仍有很高的耐久性。通过结构隔震实验发现，该设备可以有效地提高高层建筑的自振期，极大地减小强震对高层建筑的冲击，并具有良好的可恢复性和稳定性。利用摩擦摆隔震支座的功能，可以有效地防止结构损坏，且保护人员和设备的安全。

1.3滑板式隔震支座

滑板式隔震支座的滑动摩擦面有多种分类，其中包含砂垫层接触面、石墨层接触面、不锈钢板接触面、 PTFE接触面、不锈钢板与不锈钢板接触面等，特别是不锈钢板接触面与 PTEE接触面的摩擦滑移支座，具备相对稳定的性能。对不锈钢摩擦板进行抛光处理，并在其上涂敷热硬化的树脂，从而提高其耐磨性。在研制出了全封闭锁定式的摩擦阻尼隔震支座之后，采用聚四氟乙烯有机滑板和钢板形成多个层次的摩擦滑板，并采用一定的叠加措施，保证了滑动位移在各个摩擦界面上是均匀分布，从而避免了滑动表面的暴露。滑板型隔震支座作为一种纯粹的摩擦型隔震结构，其优点很多，但也面临着震后处理困难、不能自动复位以及隔震层的大变形等问题。

对滑动平板隔振支撑结构的摩擦力进行了分析，发现滑动平板隔振支撑结构的摩擦力随正压的增加而降低。随着摩擦速率的提高，其滑移摩擦因数也会大幅度提高，直至其滑移速率为150毫米/秒，其滑移摩擦因数才会到达设置的滑移摩擦因数；随着温度的升高，滑移的摩擦因数逐渐降低；在 PTFE—不锈钢界面上加入了一种润滑油，从而保证了界面的摩擦力从而减小了界面的摩擦力。因为滑移隔震结构极易发生倾覆失稳，所以要考虑到该结构能否依靠自身重量来确保不发生倾覆，其判定标准是，地震的倾覆力矩小于抗倾覆力矩，如果仅靠自身重量不能确保结构的稳定，那么就要对其上的结构或者支座进行抗倾覆的设计

[3]。根据过去在我国建筑中的应用状况来观察，它仍然缺少使用规范与产品相关标准，这使得滑板式隔震支座的应用在一定程度上受到了限制。

2建筑结构隔震技术的具体应用

2.1隔震设计的规范方法

在使用建筑结构的隔震技术时，一定要确保隔震设计的标准化，其核心内容就是通过一种分离的计算方式来实现隔震结构的设计，并且将减震系数进行了合理的引进，也就是将非隔震结构的楼层剪力与隔震结构的楼层剪力进行一种层次的比较，并将其中最大的比例设定为减震系数。同时，在考虑到高层建筑的时候，需要比较不同的楼板的倾覆弯矩，以求出这两个值的最大值。在确定了减震系数的前提下，基于非隔震结构，对隔震设计进行优化。此外，为了能够有效地保障隔震设计的安全，需要对其进行准确的计算，要对非隔震结构的地震作用进行全面的把握，采用“地震作用×减震系数”，再将其除以小于1的调节系数法来进行计算，再结合橡胶隔震支座的特性，对其进行合理的放大，从而使得隔震设计更加合理和安全。从对非隔震结构与隔震结构受到的地震作用的理解可以看出，非隔震结构所受到的地震作用的分布大致为弯曲形状或倒三角形，而后者所受到的地震作用的分布大致为梯形或均匀分布，所以隔震结构各层的弯矩值和剪力都比非隔震结构要小。在进行隔震设计的时候，可以采用分布设计法，即把整个隔震体系分成上部结构、隔震层、下部结构和基础设计等四个部分进行设计。分部设计如下：

上部结构：计算水平地震作用时，水平地震影响系数的最大值可采用水平减震系数和通常抗震设计的水平地震影响系数最大值的乘积，竖向地震影响系数最大值不应降低。

隔震层：隔震层的强度、稳定性设计，隔震体系在罕遇地震作用下的相关因素和位移进行验算。

下部结构：当隔震层以下有墙、柱等结构时，其地震作用和抗震验算，应采用罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩进行计算。

基础：基础设计时不考虑隔震产生的减震效应，按原设防烈度进行抗震设计。

2.2结构设计时程分析

在确定隔震体阻尼系数时，为了确保隔震体设计的准确性，需要采用时程分析方法对隔震体进行对应的分析。随着国家科技的不断发展，各类新型的计算软件被运用到了隔震结构的计算之中，程序还可以提供多种的连接元素，如滑动隔震支座、铅芯橡胶支座、普通橡胶支座等[4~6]，这些元素可以很好地满足了隔震设计的需求。

2.3隔震技术的应用实例

本课题以海口市某小学项目隔震设计为背景，针对其施工现场地处高地震强度区，在喜马拉雅构造运动影响下，新构造运动表现十分强烈。主要变现形式有：断陷作用、火山活动、地震活动和地壳差异升降，为确保施工的总体品质，需进行隔震设计，以确保施工的安全性和服役年限。以期中午休楼为例，将基础隔震技术运用于主体框架结构隔震支座布置，本工程采用摩擦摆隔震支座，在选择其参数、个数和平面布置时，主要考虑了以下因素：

（1）根据《隔标》4.6.3条，每个支座竖向压应力不应超过乙类建筑的限值25Mpa。

（2）隔震层刚度中心与质量中心宜重合，设防烈度地震作用下的偏心率不宜大于3%。

（3）在罕遇地震作用下，隔震支座的水平位移应小于其极限位移的0.85倍。

综上所述，在实际建筑工程中，隔震技术是必不可少的一环，应对建筑结构隔震技术进行深入的探讨，并具体情况相联系，对其加以灵活应用，从而提高建筑物的使用寿命和安全性，为我国建筑行业的稳定、可持续发展打下良好的基础。

参考文献

[1]贺虎成,陈路,李占辉,牛西贺.爆炸震动隔震与建筑结构隔震技术比较分析[J].建筑技术开发,2022,49(21):13-16.

[2]潘鹏,曾一,曹迎日,艾华浩,王海深.建筑结构隔震技术研究进展[J/OL].工程力学:1-18[2023-04-10].

[3]陈兆荣,蔡志立,曾常洛等. 基于绿色建筑的隔震技术在预制装配式结构中的研究应用[C]//上海来溪会务服务有限公司.2021第五届土木工程国际会议论文集.2021第五届土木工程国际会议论文集,2022:72-77.