张忠良

（成都艺术职业学院，成都 611433）

建筑结构的抗震与减震之比较分析

张忠良

（成都艺术职业学院，成都 611433）

本文分别从建筑结构抗震原理与建筑结构减震原理、建筑结构抗震设计方法与建筑结构减震设计方法、抗震结构与减震结构的设防目标、建筑结构抗震与减震的设计要点等方面进行了比较分析,采取了隔震措施的建筑物要比普通的抗震建筑物更加安全。

抗震；减震；结构

通过对地震预报、工程抗震、地震控制等方面的研究，工程抗震被认为是一项切实有效的措施——预防或减轻地震灾害对建筑的损害，其方法是寻求最合理的抗震设计,使在地震时能够保证建筑结构足够安全，这是普通的结构抗震设计思想。

建筑结构隔震的思想已有人提出和实施,古代隔震方案如北京故宫，在其基础底就设有糯米加石灰的柔性减震支座层;现代的基础隔震理论和实践方案很多。

1909年国外工程师提出（上部结构—基础）隔震结构方案。这种隔震结构在建筑物结构与基础之间用滑石〔云母）层隔开，地震时建筑物可以滑动。如图A 所示

图A 结构—基础隔震建筑

日本建筑师中村太郎于1927年提出的阻尼隔震结构方案，这种隔震系统中使用阻尼泵来消耗地震的能量，并且在该建筑地下层柱的上下端采用铰接构造，建筑物可以水平自由移动。 如图 B 所示

图B 阻尼隔震建筑

1972年美国工程师提出土木工程结构控制的概念，结构控制的概念可以简单表述为:通过对结构附加控制构件或装置，由控制构件或装置与结构共同承受振动作用，以协调和减轻结构的振动反应，使建筑结构在振动作用下的各项反应值被控制在允许范围内。

普通抗震结构利用结构构件的承载力和变形能力抵御地震作用，吸收地震能量，侧重于“抗”。隔震结构在建筑物上部结构与基础之间设置减震层，阻止地震能量向上传递，侧重于“隔”。

一、建筑结构抗震原理与建筑结构减震原理的比较

普通结构抗震的基本原理是:通过增强结构本身的抗震性能〔强度、刚度、延性〕来抵御地震作用的，即由结构本身储存和消耗地震能量。这是被动消极的抗震对策。 由于人们尚不能准确地估计未来地震灾害作用的强度和特性,按照普通抗震设计的结构不具备自我调节的能力。因此,结构很可能不满足安全性研宄而产生严重的破坏和倒 塌,造成重大的经济损失和人员伤亡；

结构减震原理和隔震的原理是：通过设置隔震装置系统形成隔震层，延长结构的周期，适当增加结构的阻尼，使结构的加速度反应大大减少，同时使结构的位移集中于隔震层，上部结构像刚体一样，自身相对位移很小，结构基本上处于弹性工作状态。

二、建筑结构抗震与建筑结构减震设计方法的比较

普通抗震设计方法：以概率理论为基础，提出三水准的设防要求，即“小震不坏，中震可修,大震不倒”。并通过两个阶段设计来实现:第一阶段设计采用第一水准烈度的地震动参数,结构处于弹性状态，能够满足承载力和弹性变形的要求;第二阶段设计采用第三水准烈度的地震动参数，结构处于弹塑性状态，要求具有足够的弹塑性变形能力，但又不能超过变形限值，使建筑物“裂而不倒”。然而，结构要终止在强震或大风作用下的振动反应〔速度、加速度和位移），必然要进行能量转换或耗散。普通抗震结构体系实际上是依靠结构构件的损坏消耗大部分输入能量,往往导致结构构件严重破坏甚至倒塌,这在一定程度上是不合理也是不安全的。

结构减震设计方法：是指在房屋结构中设置消能装置,通过其局部变形提供附加阻尼，以消耗输入上部结构的 地震能量,达到预期设防要求。具体说就是把结构的某些构件〔如支撑、剪力墙、连接件等）设计成消能杆件,或在结构的某些部位〔层间空间、节点、连接缝等）安装消能装置，在小风或小震下,这些消能杆件〔或消能装置）和结构共同工作，结构本身处于弹性状态并满足正常使用要求;在大震或大风下，随着结构侧向变形的增大，消能杆件或消能装置产生较大阻尼，大量消耗输入结构的地震或风振能量，使结构的动 能或者变形能转化成热能等形式耗散掉,迅速衰减结构的地震或风振反应，使主体结构避免出现明显的非弹性状态〔结构仍然处于弹性状态或者虽然进入弹塑性状态,但不发生危及生命和丧失使用功能的破坏）。

三、抗震结构与减震结构设防目标的比较

普通抗震设防目标：“三水准”和“两阶段”的设防要求，即“小震 不坏，中震可修,大震不倒”；第一阶段设计采用第一水准烈度的地震动参数，结构处于弹性状态，能够满足承载力和弹性变形的要求；第二阶段设计采用第三水准烈度的地震动参数，结构处于弹塑性状态，要求具有足够的弹塑性变形能力，但又不能超过变形限值，使建筑物“裂而不倒”。

减震结构设防目标：新规范对其抗震设防目标只有如下的原则规定：“采用隔震或消能减震设计的建筑，当遭遇到本地区的多遇地震影响、抗震设防烈度地震影响和罕遇地震影响时,其抗震设防目标应高于本规范第1.0. 1条的规定。”这里明确了消能减震建筑的抗震设防目标应高于一般依靠自身强度及变形能力〔延性）来抗御地震的建筑的抗震设防目标。

根据对消能减震结构减震能力的系列研究、考虑不同工程情况可能的不同要求以及工程实践经验并参考建筑的普通抗震设防目标的要求,为了促进消能减震结构抗震设计技术的进步与在工程中的实施，提出减震结构的抗震设防目标可具体化为如下A、B、C三类。

A目标。抗震设防目标与现行建筑抗震设计规范规定的传统结构抗震设防目标相同。这个设防目标要求“小震不坏，中震可修,大震不倒”。

B目标。当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。这个设防目标要求“中震不坏，大震可修”。多数减震结构可按照这个设防目标设计。

C目标。当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理或经简单修理可继续使用。这个设防目标要求“大震不坏”。对于消能减震要求更高的减震建筑及在较低设防烈度地震区，可采用这类设防目标。

四、框架结构抗震与减震的设计要点的比较1、框架结构抗震设计6要点

①框架结构动力特性分析，主要是结构自振周期的确定；②结构地震反应的计算，包括多遇烈度下的地震反应与结构侧移计算；③结构在地震作用下的内力分析；④结构构件的截面抗震设计。

2、框架结构减震设计6要点

①提出框架结构消能减震后的预期变形；②确定结构需要消能器提供的附加阻尼；③设计消能器的类型、数量和布置；④对消能减震结构进行整体的分析,达到满足变形控制要求；⑤设计消能部件及其与主体结构的连接。

六、结束语

结构的普通抗震的设计思想主要是依靠结构构件自身的强度和延性来抵抗地震作用及吸收地震能量，这种设计方法是让结构自身承受较大的地震力。在抗震设防区建筑结构设计遵循：强柱弱梁、强剪弱弯、强结点弱构件、强压弱拉的基本原则，可以保证结构的整体性，防止结构发生倒塌，但是对组成结构体系的构件来讲，其吸收地震能量进而发生构件破坏的结果是必然的。因此,设置了隔震措施的建筑物要比普通的抗震建筑物更加安全，建筑物中的隔震技术应将被广泛应用。

[1]周锡元，吴育才，工程抗震新发展[M]，清华大学出版社，暨南大学出版社，2002

[2]柳炳康，工程结构抗震设计[M]，武汉理工大学出版社，2005

[3]王社良，抗震结构设计[M]，武汉理工大学出版社，2004

[4]郑久建，粘滞阻尼减震结构分析方法及设计理论研究[D]，中国建筑科学研究院，2003

G322

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1007-6344（2016）02-0016-02

张忠良（1981.12.21~ ），男，工程师，研究方向：结构设计与工法、地基基础、结构抗震。