建筑结构设计隔震减震技术探析.pdf

中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 37 建筑结构设计隔震减震技术探析 吴 迪 武汉天华华中建筑设计有限公司，湖北 武汉 430000 摘要：摘要：基于现代化发展背景下，深受广大行业人士关注的技术手段，在建筑结构设计过程中，隔震减震技术越发彰显出巨大的应用潜力。地震、风灾和人类活动等外部力量对建筑物的影响不可忽视，而合理应对这些力量的挑战已成为建筑师和结构工程师的重要任务。相关人员合理应用该项工艺，通过减少地震或其他外部力量对建筑物的传递，提供了保护建筑物和其中的人员的可靠手段。关键词：关键词：建筑结构；设计；隔震减震技术 中图分类号：中图分类号：TU3 隔震减震技术的理念源于对地震灾害的深刻认识和结构工程学的不断进步。传统的建筑结构往往依赖于刚性的连接和坚固的基础来承受外部力量，然而，这种刚性结构在地震等强烈振动的情况下容易发生破坏，造成巨大的人员伤亡和财产损失。因此，为了提高建筑物的抗震性能，行业学者积极开发与应用隔震减震技术很有必要。1 隔震减震技术在建筑结构设计中的作用 随着城市化进程的加快和人们对建筑性能的日益关注，隔震减震技术作为一种重要的建筑结构设计方法，发挥着不可替代的作用。这项技术的核心理念是通过引入柔性元件或隔震装置，在外部力量作用下减少地震或其他振动力对建筑物的传递，从而保护建筑物和其内部人员。首先，隔震减震技术能够显著提高建筑物的抗震性能。传统的刚性结构在地震或其他强烈振动下往往容易发生破坏，导致人员伤亡和财产损失。而隔震减震技术通过柔性元件的运用，能够将地震动能量有效地吸收和分散，减少地震力对建筑物的影响。这样，即使在强烈地震发生时，建筑物也能够保持相对稳定的状态，大大降低了结构破坏和崩塌的风险；其次，隔震减震技术还能够保护建筑内部设备和装修。在传统结构中，地震或其他振动力会产生巨大的位移和应力，对建筑内部设备和装修造成严重影响甚至破坏。而隔震减震技术的引入使得建筑物的结构系统能够发生相对位移，减小了内部应力和变形，从而降低了地震对设备和装修的影响。这种保护措施不仅延长了设备和装修的使用寿命，还减少了维修和更换的成本；最后，隔震减震技术还具有一定的灵活性和可维护性。柔性元件或隔震装置的引入使得建筑结构能够在外部力量作用下发生相对位移，从而减小了结构的应力和变形。这种特性使得隔震减震结构相对更加灵活，能够适应不同地区和不同强度的地震活动。另外，柔性元件和装置的可维护性较高，可以进行定期检查和更换，保证其性能和功能的持续有效。2 建筑结构设计中常用隔震减震技术分析 2.1 隔震策略 2.1.1 地基隔震 在人员开展地基隔震处理过程中，主要就是面向建筑结构的地基与地面，在两者中间布设好隔震装置，使建筑物能够在地震中发生相对位移，从而减小地震力的传递。在地震发生时，地震波会引起地基的振动，传递到建筑物结构上。而通过地基隔震装置的运用，能够将地震力分散到隔震垫上，使得建筑物的上部结构减少振动，从而降低了地震力的作用，保护建筑物免受地震的破坏。传统结构中，地震力的传递会导致建筑内部设备的位移、应力和损坏，从而影响设备的正常运行。而通过地基隔震技术的应用，建筑物的地震响应降低，能够有效减少对设备的冲击和损伤，保证设备的正常运行和使用寿命。2.1.2 悬挂隔震 在悬挂隔震处理当中，设计者可以利用悬挂装置的柔性特性，使建筑物的上部结构在地震发生时产生相对位移，避免较大的地震作用辐射到结构当中。首先，悬挂隔震能够有效减少地震力对建筑物的影响。当地震发生时，地震波会引起建筑物上部结构的振动，传递到地基上。通过悬挂装置的运用，能够使建筑物中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 38 上部结构在地震中发生相对位移，减小地震力的传递，从而降低了地震对建筑物的破坏风险；其次，悬挂隔震措施能够减少地震对建筑内部设备的影响。地震力的传递会导致建筑内部设备的位移、应力和损坏，进而影响设备的正常运行。悬挂隔震技术的应用使得建筑物的地震响应降低，减少了对设备的冲击和损伤，确保设备的正常运行和使用寿命；此外，悬挂隔震还具备一定的灵活性和可维护性。悬挂装置的柔性特性使得建筑结构能够适应不同强度和频率的地震活动，提高了抗震能力。同时，悬挂装置相对容易进行检查和维护，确保其性能和功能的持续有效。2.1.3 基础隔震 隔震基础是一种专门设计的基础结构，用于将建筑物与地基之间的震动分离。隔震基础的工作原理是通过减少地震能量的传递路径，将地震能量从地基转移到建筑物的上部结构，全面保护好建筑结构的使用性能。当地震发生时，人员事先布设好的隔震支座会发挥作用，借助一定弹性变形力，有效吸收地震能量，防止自嗨给建筑结构可靠性造成威胁。而隔震垫层则能够通过其柔软的性质减缓地震波传递到建筑物的速度，从而减少地震引起的结构振动。长期实践中发现，基础隔震措施优点如下，首先，它可以显著降低建筑物受地震影响的程度，提高建筑物的抗震性能。其次，基础隔震技术相对简单，施工和维护成本相对较低。此外，隔震基础还能够减少地震对建筑物的惯性力和应力，降低结构的破坏风险1。2.1.4 层间隔震 层间隔震是建筑结构设计中常用的一种隔震减震技术，这是一种维持建筑结构内部稳定性的关键举措。层间隔震技术主要包括剪力墙、框架减震和悬挂层三种形式。第一，剪力墙是一种在建筑结构中设置的厚实墙体，通常位于建筑物的外围或内部，起到承受地震力的作用。剪力墙通过其较高的刚度和强度，在地震发生时能够吸收和分散地震力，减小结构的振动。它能够有效地抵抗剪切和扭转力，提供建筑物的稳定性和抗震能力；第二，框架减震是一种在建筑结构中应用的减震技术，通过在结构框架的关键部位设置减震装置，减少地震对结构的影响。这些减震装置通常由弹性材料、液体或摩擦材料构成，能够吸收地震能量并减小结构的振动。框架减震技术能够有效地降低建筑物的动力响应，并提高其耐震能力；第三，悬挂层是一种常用的层间隔震技术，通过在建筑物的上层设置一层悬挂结构，将上层结构与下层结构分离。悬挂层通常由弹性材料或减震支座构成，能够减小地震波传递到下层结构的程度，从而减少下层结构的振动。悬挂层技术具有简单、灵活、可靠的特点，适用于各种类型的建筑结构。2.2 减震策略 2.2.1 无粘结钢支撑体系 主要包括剪力墙和框架结构中钢支撑两种形式的无粘结钢支撑体系，其中剪力墙中的无粘结钢支撑体系采用悬臂式钢支撑，将钢支撑安装在剪力墙的两侧。这些钢支撑具有较高的强度和刚度，能够吸收和分散地震能量。在地震发生时，钢支撑通过其弹性变形和滞回特性，将地震力引导到钢支撑上，减小剪力墙的振动。无粘结钢支撑体系在剪力墙中的应用可以有效地提高建筑物的抗震性能；另外，在框架结构中的无粘结钢支撑体系，能够通过在结构的关键位置设置钢支撑来减震。这些钢支撑与主体结构无粘结连接，通常采用预应力或调谐阻尼器等技术。钢支撑具有较高的刚度和强度，能够吸收地震能量并减小结构的振动。无粘结钢支撑体系在框架结构中的应用可以显著提高结构的耐震能力。无粘结钢支撑体系的优点包括减震效果好、结构刚度可调、施工相对简单等。通过合理的设计和选材，无粘结钢支撑体系能够有效地降低地震引起的位移和加速度，减小结构的破坏风险，保护人员和财产。而且无粘结钢支撑体系还具有较好的耐久性和可靠性，适用于各种类型的建筑结构2。2.2.2 对建筑物采用消能减震装置进行抗震加固 消能减震装置是一种常用的抗震加固措施，用于提高建筑物的抗震性能。该装置能够吸收和耗散地震能量，减小地震对建筑物的影响，保护人员和财产。消能减震装置主要包括液压减震器、摩擦减震器等形式。（1）液压减震器是一种常见的消能减震装置，它通过液体的流动和阻尼效应来减小地震引起的结构振动。液压减震器通常由液压缸、阻尼孔和阻尼液体等组成。当地震发生时，液压减震器能够吸收地震能量并将其转化为热能，从而减小结构的振动。液压减震器具有调节性能好、可靠等特点，广泛应用于各类建筑物的抗震加固中；（2）摩擦减震器是另一种常用的消能减震装置，它利用摩擦力来减小结构的振动。摩中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 39 擦减震器通常由摩擦面和压力装置组成。当地震发生时，摩擦减震器通过调节摩擦面之间的压力，改变其摩擦力的大小，从而吸收和消耗地震能量。摩擦减震器具有响应速度快、可重复使用等特点，适用于各种抗震加固需求3。2.2.3 合理布置结构的平面与竖向 首先，在平面布置方面，一种常用的措施是采用规则的结构形式，如矩形或正交平面布置。规则的结构形式能够提供均匀的刚度和抗力分布，确保地基结构上的地震力，能够以均匀状态呈现出来，减小结构的震动反应。此外，平面布置还应避免出现过于集中的刚性节点，通过合理的布置柱网格，确保结构在地震作用下具有良好的变形能力；在竖向布置方面，一种重要的措施是采用适当的结构高度与刚度的比例。过高的结构高度会增加结构的柔度，引发一定程度的位移问题，从而加地震破坏的风险。因此，适当控制结构高度，避免超过范围。此外，还可以通过设置适当的水平结构层，使结构在地震作用下具有良好的分布刚度，减小地震引起的振动；另一个重要的竖向布置措施是合理配置横向抗震系统。横向抗震系统包括剪力墙、框架结构、筒体结构等。通过合理选择和配置这些抗震系统，能够增加结构的整体刚度和稳定性，提高抗震性能。剪力墙可以提供较大的刚度和抗力，适用于抗震性能要求较高的区域4。3 隔震减震技术的挑战和发展趋势 3.1 技术挑战和限制 隔震减震技术作为一种重要的抗震措施，尽管在提高建筑物抗震性能方面有着显著的优势，但在实际应用中也面临着一些挑战。第一，隔震减震技术的费用是一个重要的挑战。引入隔震减震技术需要在设计和施工过程中增加额外的成本。隔震基础系统、消能减震装置以及其他相关设备和材料的投入都会增加项目的费用。这对于一些预算有限的项目或发展中国家来说可能是一个难以承担的负担；第二，隔震减震技术的设计和施工要求较高，需要专业的技术支持和经验丰富的工程团队。隔震减震技术的设计涉及结构动力学、材料力学、地震工程等多个领域的知识，需要综合考虑结构的特点、地震作用和设计要求等因素。施工阶段也需要严格的工艺要求，确保隔震减震系统的可靠性和稳定性。3.2 隔震减震技术的发展方向 目前，隔震减震技术的研究涉及结构工程、地震工程、材料科学等多个学科领域。未来的发展将进一步加强不同领域的合作与交流，通过多学科的综合研究，深入探索隔震减震技术的理论基础和实践应用，为建筑结构的抗震设计提供更加科学、可靠的方法和技术支持。同时，随着信息技术的快速发展，智能化的隔震减震系统将成为未来的发展方向。通过引入传感器、监测设备和自适应控制算法，可以实时监测和调整隔震减震系统的性能，以适应不同的地震条件和结构响应。这将进一步提高建筑物的抗震性能和可靠性。最为关键的是，隔震减震技术的实际应用是其发展的关键。在实践应用中，需要积累更多的工程案例和经验，验证和完善技术的可行性和有效性。而且行业内也要制定和完善相关的规范和标准，为隔震减震技术的推广和应用提供指导和支持5。4 结论 简而言之，在建筑结构设计中，相关人员合理运用隔震减震技术，这是确保整个建筑结构更具良好抗震性能的关键。而且该项技术也能够尽可能避免地震自然灾害给结构带来的威胁，降低结构的震动反应，保护人员和财产的可靠。本文对建筑结构设计中常用的隔震减震技术进行了浅析，综合多种处理手段，能够提高结构的稳定性和可靠性。在今后研究中，行业人士也应该进一步完善隔震减震技术，推动建筑结构设计的抗震能力不断提升，为建筑提供更可靠的保障。参考文献 1沈晓龙.建筑结构设计中隔震减震措施浅析J.建材发展导向,2020,20(12):91-98.2曹亮.建筑结构设计中隔震减震措施浅析J.中国住宅设施,2021(8):33-45.3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):10-11.4沈国庆,陈宏,王元清,等.无粘结钢支撑非线性有限元分析J.四川建筑科学研究,2017(5):1-3+16.5殷利.高层建筑结构设计中隔震减震措施J.住宅与房地产,2018(8):119.