基于隔震建筑物结构设计的分析

摘要：隔震技术是一门新兴的应用科学，在结构设计中应用隔震技术，能很好地降低地震反应和抗震等级。同时随着隔震技术的发展，隔震系统造价不断降低，隔震房屋的经济效益会越来越突显。隔震技术代表未来抗震技术的发展方向，值得大力推广应用。

关键词：隔震技术;建筑物;隔震设计

1.隔震建筑的概念

隔震和消能是提高建筑物体耐震抗震的两大途径。消能是利用形变或是可破坏的斜撑杆或是可恢复的阻尼器，将建筑物的震动周期拉长，阻尼比增加，最后达到提高建筑物抗震能力的目的。但是消能的方式并不能很好的解决因地震造成的建筑物楼层间变位造成的墙面破裂、斜撑破坏等问题。而隔震是利用隔震器将地震时所产生的建筑物摆动转换成建筑物对地面的横向位移，地震的能力由隔振器吸收。这样的隔震建筑很大程度的降低了因地震给建筑物带来的扭曲、弯曲变形，降低建筑物摇摆度，从而降低了地震对建筑物构造和设备的破坏。隔震结构就是利用这样的原理，在建筑物基础结构和上部结构之间设置带有阻尼器和隔震支座等隔震装置的隔震层。

隔震技术不仅在新建工程中获得应用，而且已用于现有建筑的抗震加固改造。隔震装置可安装在结构的防火层或设备层，隔震层可设置在结构的不同部位，如基础、中间层等，也可设置在房屋的顶层，同时起到结构加层和抗震加固的目的。由于传统的加固改造技术对结构震后的性能和不可靠程度缺乏准确地了解，故较难达到强度和延性的合理匹配。采用隔震技术对结构进行加固改造，通过在隔震层设置刚度很小的隔震装置，将地震变形集中到隔震装置上，相对于依靠结构本身的较高强度和较低变形来吸引地震能量而言，隔震结构的周期和阻尼都有很多的提高，故加速度和位移反应明显降低。同时，耗能减震加固改造技术，智能材料加固改造技术，以及吸振减震加固改造技术等开辟了房屋加固改造的新途径。

要创造出更加安全、实用、经济美观的建筑，设计建造出具有更加完整，安全系数高以及更加优质美观的建筑，避免地震灾害给人类造成灾难和损失，就必须做好建筑结构的抗震设计。

2.隔震层设计及选用的原则

2.1刚度及承载力

隔震建筑应保证其有足够的竖向刚度及承载力，以保证其能够稳定支撑建筑物，同时具有足够柔的水平刚度以保证该建筑物的隔震周期达到1.5～3.0s范围内，并应能够有效避开上部结构的自振周期和场地周期，同时应实现其水平刚度具有一定的稳定性，以保证很其受竖向荷载影响很小，有效发挥其隔震作用;

2.2变形能力

应保证建筑物具有足够大的水平变形能力，并保证其具有足够的变形储备，以确保建筑物在发生超大地震作用下不发生失稳破坏现象;

2.3耐久性

保证建筑物耐久性足够，以保障其在使用期内能够有效发挥作用;

2.4高宽比

在设计过程中为了保证隔震结构的抗倾覆能力及地震发生时能够有效防止上部结构与隔震层之间的分离，应控制结构的高宽比;

2.5刚度分布

对抗震结构的刚度应均匀分布，隔震层的布置应均匀，并尽量实现结构的刚度中心与上部结构质量中心之间的偏移尽量小，以保证其不致发生太大的扭转而造成意外破坏;

3.隔震建筑的主要形式

3.1基础隔震

基础隔震是建筑新技术家族中的佼佼者，大量试验研究及多次强震实践表明，基础隔震以其极少的投资换取很大的安全系数。基础滑动隔震效果受地面运动频率特性的影响较小，几乎不会发生共振现象。

所谓基础隔震，就是在建筑物的基础与上部结构之间增设高度很矮，具有足够可靠性的隔震层，控制地面运动向上部结构传递，地震时其能量可反馈到地面或由隔震层吸收，以大大减小结构及构件的地震反应，确保建筑物的整体安全，其内部设备不发生破坏或丧失使用功能，室内人员不遭受伤害也不会有强烈震感。同时，还可以防止结构内部的次生灾害。主震后无需避震疏散，即使发生罕遇大震隔震房屋也不会倒塌。

在其中使用的橡胶隔震垫不仅有良好的隔震性能，而且该技术在造价方面也有其优越性。隔震结构与一般结构相比，费用增加的部分包括：隔震构件、隔震层上面的楼面、设备管道的柔性接头及相应的设计费用和施工费用。如果上部结构仍然按传统的抗震设计，其总工程费用略有增加。、

采用基础隔震设计上应注意：（1）在建筑周边，隔震层部分要比基础大一圈，因此场地要宽裕;（2）隔震层的周围设挡土墙，其上部有墙外狭道等，因此要确保地震时不因上部结构的移动而带来其它问题;（3）方便检查和更换隔震装置;（4）为使设备管线适应隔震层的位移和变形，常采用柔性连接或球型接点，但要考虑安放装置及检修的空间;（5）隔震建筑物与其它建筑物之间的联系通道要适应相对变形，确保畅通无阻。

3.2中间层隔震

在基础以上的中间楼层设置隔震层，下部结构同建筑物一样直接与地基接触，因此它不存在基础隔震层建筑的底步积和墙体数量问题，但是隔震层以下的楼层要做抗震处理。在市场地不太宽裕时可以把隔震层设计在地面上，在空中变形有利于节约用地，同事也能有效减少地基的挖土量。

采用中间层隔震，设计上应该注意：（1）为适应隔震层的移动变形，该部分的建筑外墙应该设水平缝，要考虑防水隔音防火等，也要注意地面的协调美观，（2）解决楼梯电梯井机器升降设备管线等贯穿隔震层的问题，并考虑防火区间的划分;（3）便于检查更换隔震装置及耐火材料等。隔震装置布置和选取的一般原则为：（1）隔震层具有适当的水平刚度，在强风作用下，隔震层具有足够的初始刚度，在较大地震错用时，隔震层产生柔性变形，能大大消弱回评地震作用：（2）隔震层的水平刚度中心宜与上部结构的质心基本一致：（3）隔震装置具有足够的竖向承载力和水平变形能力，在发生大地震时，可安全稳定的支撑建筑物，不会出现失稳破坏，能发挥隔震功能：（4）隔震装置具有良好的自动复位功能，在发生大地震后，可基本复位到初始位置，当发生余震时，可继续有效阿辉隔震作用（5）隔震装置具有较大的竖向刚度，在设计竖向荷载作用下，竖向定位被控制在允许值以下;（6）隔震装置的刚度和阻尼具有较好的稳定性，有可能出现荷载的温度安慰以内，其变化叫嚣：（7）具有良好的耐久性抗老化抗疲劳扛徐变等性能，能在建筑物的试用期内发挥隔震的作用。

4.建筑结构的隔震设计中的注意事项

隔震建筑结构的设计要明确与非隔震建筑的结构区别，在充分理解的基础上，才能对建筑物的隔震层结构进行规划和设计。建筑物的隔震结构是通过隔震层来吸收大部分的地震输入能量，因隔震层会产生较大的位移，此无论是在建筑规划还是设备规划或是施工规划等诸多方面，都应充分考虑到这种特殊性。隔震层建筑结构设计的规划重点是隔震层性能。而影响隔震层性能的两大因素是阻尼器和隔震支架。隔震层的刚度和阻尼等特性取决于建筑物的目标性能。建筑物是优先考虑居住性能，以人身安全为首要目的，还是以维持维护建筑物内的物品功能为优先选择。不同的目的会影响隔震层性能的倾向。要使分析预测得到的建筑物地震时的反应，能够与各建筑所要求的性能相吻合，设计者必须要将要求性能设定为抗震目标性能，抗震目标性能的设定也就是针对外力作用的基本设计。因此，设定时要充分考虑到基准和标准。

5.结语

目前，国内有关隔震建筑物设计与施工之相关研究仍相当欠缺，对基础隔震结构进行相应的地震反应分析工作时，需要建立一个能确切地反映高层建筑基础隔震结构的发生实际变形状况、并且计算相对简便，而且结果误差较小的计算模型。鉴于隔震建筑日趋普及，隔震建筑设计审查、隔震消能材料认证与验证机制、以及评定机构之指定工作，已刻不容缓，如何有效结合产、官、学三方，尽早订定完善之超高层隔震建筑设计审查机制、隔震消能材料试验标准、以及装设前中后之检测，实为当务之急。

参考文献：

[1]陈旻.建筑结构隔震技术研究[J].山西建筑，2009

[2]安新正.浅谈工程抗震隔震技术[J].邯郸职业技术学院学报.2012