宿 廷

(内蒙古自治区住房和城乡建设厅)

关于房屋建筑工程中防震减灾技术及性能的研究

宿 廷

(内蒙古自治区住房和城乡建设厅)

地震是人类无法抗拒的自然灾害之一，对人们的生命和财产安全有着巨大的威胁。尽管高科技设备在地震预测中得到了广泛应用，但是面对地球内部复杂的结构显得“力不从心”，因此开展房屋建筑工程防震减灾技术的研究工作意义重大。本文对我国房屋建筑工程结构防震减震技术的演变和发展过程做了简单的阐述，并且有针对性的介绍了建筑工程结构的隔震体系和消能减震设计的原理及相关的技术要求。

房屋建筑 防震减震 应用技术

0.引言

20世纪工程防震技术的静力理论首先是出现在日本，这种理论逐渐发展为减小刚度的结构体系，之后又形成柔性的结构体系，最后发展成为增加上部结构的刚度减小底层刚度的柔性底层结构体系，在接近20世纪末的时候形成现在世界各国普遍采用的延性结构体系抗震方法[1]。所谓的延性抗震方法是将设防烈度作为工程设计的基础依据，把抗作为主要的途径，通过适当的调节和控制建筑结构的刚度来增加建筑的延性，这种设计可以使建筑在遇到地震时呈现非弹性状态，以此来消耗地震传来的能量，这样可以最大限度的避免建筑结构受到地震的破坏，即建筑受到了破坏也不会出现倒塌的情况。

1.房屋建筑工程结构的防震技术

1.1 房屋建筑的防震方法

我国现在城市建筑的防震方法有两种：一是房屋建筑的结构抗震方法，这种方法包括底部剪力法、频谱法、随机振动法、时程分析法以及振型分解法。二是房屋建筑物的结构减震隔震方法。这种方法包括辊轴隔震、滚珠隔震、橡胶垫块隔震、悬挂基础隔震、摇摆支座隔震、滑动支座隔震、悬挂结构隔震、耗能减震、主动控制减震等[2]。

1.2 房屋建筑的弹性防震方法

目前在我国弹性建筑设计是一种最新的建筑防震方法，这种建筑的最大特点就是可以达到以柔克刚的效果，现在建筑行业中最常使用的就是将大楼建在隔离体上面进行防震，而隔离体是由阻尼器。分层橡胶以及硬钢板组共同构成，这种结构安排可以是房屋建筑不和地面直接接触，可以有效的避免建筑受到来自地面的强大冲击力。这个结构中的阻尼器可以减缓建筑上下的颠簸，是由螺旋体钢板组成的。而且有研究表明房屋建筑也可以建在滚珠和弹簧上面，这也是一中新的抗震设计理念，它和传统的防震结构设计理念有相同点，都是通过将房屋建筑与地面隔离起来，这样避免建筑受到地震产生的冲击力，减少房屋建筑的振动进而实现防震效果。

2.房屋建筑工程结构的隔震技术

在实施房屋建筑的过程中为了保留建筑柔性底层结构体系的特征、避免底层结构中的元件受到破坏，要使用隔震结构体系，根据隔震装置在建筑中所处的位置可以分为三类：地基隔震、基础隔震以及层间隔震。

第一，地基隔震。绝缘和屏蔽都属于地基隔震的范畴，绝缘隔震是利用有降低输入加速度性质的软土地基，但是这种方法要求建筑地基能够支撑地面的房屋建筑，而且这种软土地基的沉降量要在允许的范围之内，然后在地基中降低输入波。屏蔽隔震是采用在房屋建筑的周围挖一条很深的沟壑，或者在建筑的四周埋下屏蔽板，这样可以将隔断长周期的剪切波。这两种方法都是对建筑的地基进行改造来减少地震时的输入波，但是考虑到建筑地基的关键性，在实际房屋建筑工程中很少用到这种方法。

第二，基础隔震。这项隔震技术是目前房屋建筑行业使用最为广泛的一种技术，而且该技术发展的也比较成熟，它的设计原理是在房屋建筑的底部放置控制机构，以此来实现阻止地震能量向建筑上部传输。基础隔震的方法一共有三种，一是使用橡胶垫隔震装置，包括高阻尼橡胶垫、天然橡胶垫、标准多层橡胶垫和加铅多层橡胶垫等。二是滑移隔震。是在房屋建筑的地面放置滑移层，滑移层是由钢摩擦滑板、涂层和砂料等，当发生地震的时候建筑通过滑移层形成的不接触介面产生滑动位移，切断了地震波的传输，以此限制了上部建筑的地震反应。三是滚珠隔震。这种结构原理是为高强度的钢珠涂上一层润滑层，然后把它放在建筑物和基础的中间，当发生地震的时候滚珠产生滚动，减少了上层建筑结构的移动，有效的降低了地震给房屋建筑带来的破坏。

在房屋建筑工程的实际建设中隔震装置除了可以放在建筑的底部也可以根据建筑的需要在层与层之间放置隔震装置，像这种结构的隔震装置最初都是用来隔震的橡胶支座，但是隔震层放置的位置不同因此被称为层间隔震结构。

3.房屋建筑工程结构的减震技术

我们知道工程结构的抗震设计必须遵从相关的规范，建筑抗震设计规范对工程应用中的安全性提出了具体的要求。

3.1 减震技术的设计原理

消能减震技术从字面上来理解就是用一种特殊的装置来消耗地震带给房屋建筑结构的能量，这种技术原理是在建筑的抗侧向力结构中添加耗能装置，用局部发生变形提供的阻力来消耗地震向上层建筑传输的能量，是建筑在遇到地震时不会受到较大的破坏，这种耗能减震装置不会对建筑结构的形式有所影响，房屋建筑的抗震结构和普通房屋相比没有没有降低但是它的抗震安全性能却得到了大幅度的提升。

3.2 减震技术的设计要求

如果房屋建筑是钢筋混凝土结构类型的房屋并且需要减少地震时产生的水平位移，这时候就适合采用消能减震设计。减震的设计要基于当发生罕见地震时建筑产生的位移幅度来制定设计的准则、具体要求以及适当的消能元件，消能元件的选择要能够提供较大的附加阻力，切实在地震中起到一定的作用。现在的消能元件有很多种：橡胶垫隔震减震器、封闭型减震器、不锈钢丝绳减震器以及空气阻尼 减震器等[3]。

消能部件一般是由节点、墙体、消能器以及斜撑等支撑构件组成的一种连接，在设计的时候要符合钢结构连接或者钢筋混凝土构件连接的构造要求，而且节点要能够承担消能器带来的强大作用力。

一般消能器可以采用速度相关型、位移相关型以及其他的类型。速度相关型的消能器包括粘滞消能器和粘弹性消能器；而位移相关型消能器包括金属屈服消能器和摩擦消能器等。

如果有需要消能的元件可以分别设置在两个主轴的方向上，消能元件安装的嘴合适位置是在层与层之间发生变化较大的位置，装置的数量和分布情况要通过综合分析进行合理的布置，这样才能有效的提高消能装置在建筑中的消能作用，房屋结构里与消能元件相连的结构构件要能够将消能部件传递的内力分散到建筑基础上。

3.3 房屋建筑安全评估要求

现在房屋建筑工程结构的防震减震设计依然是以概念设计为主，在实际的应用中并不多，而这种防震减震的概念设计也是根据国外的地震灾害经验总结确定的，尤其是在对待建筑地基处理、选材方面以及抗震结构措施等都是按照烈度不同设计的，在我国的大部分城市建筑中防震结构都是以设防烈度为基础依据，因此在房屋建筑的现场的安全性评估报告中应该具备明确的设防烈度评价的结论。

4.结束语

随着科学技术的不断发展，房屋建筑的防震减灾技术理论体系会逐渐成熟，房屋建筑施设计人员应认真分析建筑结构，准确把握各项设计要求和原则，设计结构合理、抗震性能优越的现代建筑。本文的上述理念设计和抗震装置介绍都是近些年来对国内建筑抗震相关标准的研究体会，希望能够引起建筑行业和居民对防震设计的关注，以期为我国建筑行业在抗震结构设计方面起到一定的指导作用。

[1]陈明军.混凝土建筑结构抗震的加固技术分析[J].金田，2012，24（8）：280

[2]贺云.建筑物受震破坏的原因分析及现有房屋的抗震加固措施[J].河北职业技术学院学报，2011，4（03）：41-43

[3]杨建江，林杨.某教学楼抗震加固及结构形式改造[J].建筑结构，2011，11（8）:153-156

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1007-6344（2015）02-0334-01

宿廷（1989.9.15），毕业于内蒙古工业大学，硕士研究生，科员，工作单位：内蒙古自治区住房和城乡建设厅。