建筑结构抗震研究现状论文

房屋基础隔震技术应用的探究工学论文

摘要： 笔者经过实践并进行理论总结后，在本文中就房屋基础隔震技术的原理和施工技术要点做了详细和系统的介绍，并且通过比较将房屋基础隔震技术抗震性能好和节约成本等优越性展现出来。最后笔者还就目前该技术的应用情况做出了总结。

关键词： 房屋基础隔震原理技术要点优势现状

2008年的5·12汶川地震在给我们带来伤痛的同时也引起了各界对房屋建设的关注，对于每一名房屋设计和建设者来说如何提高房屋的抗震能力成了必须思考和探索的问题。广木线穿心店站的货运楼在其周围房屋基本倒塌的情况下仍然可以保持房屋上部结构的基本完整性这一特殊的现象为我们有效提高房屋抗震性能提供了一种可能。经过调查发现该楼房在修建过程中应用房屋基础隔震技术，这就提示我们房屋基础隔震技术能有效提供房屋抗震性能，而这一点在国家现行的GB50011．2001建筑抗震设计规范中得到证明。下面就介绍一下房屋基础隔震技术的基本原理和优越性，并且探讨一下其应用的方法。

1房屋基础隔震技术的基本原理

房屋基础隔震技术的基本原理就是在房屋的上部结构同地基之间实现柔性连接——一般是在上下结构的中间增加水平刚度低且具有适当的隔震和增加结构系统的柔性，使上部结构得以同可能造成破坏的地面运动分离，以达到降低房屋上部结构的地震能量加速，且提高房屋对于地震的抵抗能力的目的。可以说基础隔震技术通过“以柔克刚”的方式使得房屋的抗震性能大大提高。当地震破坏程度较小时，“隔震装置的初始刚度足以使房屋屹立不动”[1]，在遇到破坏性大的地震时这种设计就可以保持房屋的基本结构让房屋不至完全倒塌，就像5·12地震中的广木线穿心店站的货运楼。

房屋结构应用基础隔震措施后,其周期是没有应用基础隔震结构的2～3倍，依据反应谱理论可知较长的隔震建筑的周期可以使地震对房屋的影响大幅度减小。但就传统对原理的解释来看，这种隔震设计一般多用于层数较少的楼房，而目前我国在高层建筑中也开始了基础隔震技术的使用。虽然，这用传统的理论很难解释其合理性，但是从实际运用中来看，我们仍旧可以发现其合理因素所在，即就隔震能力本身而言基础隔震技术降低房屋上部结构的地震能量加速。

2房屋基础隔震设计的优越性

无论是从理论上还是实践中基础抗震设计较传统抗震设计在抗震能力和节约成本方面都有很大的优势。

抗震能力更好明显有效地提高了地震对房屋结构的影响。基础隔震技术使得房屋结构的加速度降低60%左右，也就是相当于没有运用基础抗震技术结构的1／10～1／4。如此一来房屋上部结构的地震反应也刚体平动十分类似，从而能让房屋的整体结构得到有效的保护，同时也因结构的震动得以保持在较为轻微的水品内而让房屋的内部设施。同时在地震时，应用了基础抗震设计的房屋能够保持上部结构的弹性工作状态的正常运作，这可以给某些重要的建筑物以可靠的保护。

节约成本从目前国内的房屋建设实例来看，采用了基础隔震设计的房屋在初始造价上往往较非基础隔震设计的房屋高，但是我们在计算隔震设计的经济性时不能只考虑初始的工程费用，而应该从其抗震性能、抗震安全性、震后维护等方面来进行评估。首先，房屋基础隔震可以有效的保护房屋内部的浮放设备，防止内部物品的破损，减少了受灾群众的经济损失和次生灾害的发生。其次，抗震措施简单明了，隔震设计仅考虑隔震装置，“这样就可以把设计、试验、制造的注意力集中到这些构件上”[2]，因此建筑结构的设计与施工得以简化。最后，地震后无需对隔震建筑进行过多的维修。

3房屋基础隔震设计的应用方法

隔震装置的选择现阶段常用的隔震装置有：加铅芯的多层橡胶支座、橡胶隔震支座、摩擦滑动层隔震装置、阻尼器。这些隔震装置都各有其优缺点，具体什么选择还得按照房屋的总体设计需要来，但总的来讲要想隔震装置在地震中发挥作用，保证房屋整体的抗震性能和安全性，就必须就有适当的阻尼及消能能力基础隔震装置必须具有一定的阻尼、消能能力和竖向承载能力。下面我们就以叠层橡胶隔震支座为例。叠层橡胶隔震支座一般用天然橡胶或者人工合成橡胶制作，呈圆柱形，直径在300mm以上1000mm以下，单个可以承重500KN到700KN。其有点是有很好的自复能力。其缺点是“由于上部结构的粱是由叠层橡胶支座为其竖向支座的，为了减小梁的跨度，就需要放置比较多的`叠层橡胶支座，那么就提高了整个隔震体系的成本。”[3] 确定水平向减震系数水平向减震系数取值必须大于等于，而且隔震作用发挥后，地震作用的总水平应该是隔震结构相对的减震系数的百分之七十。为了更加合理化水平向减震系数，我们要根据具体情况配合相应的防烈度，具体来说可看下表：

水平向减震系数防裂度

基础设计要点当我们进行抗震设计的基础设计时可以不考虑隔震产生的减震效果，只需按原设防烈度着手设计即可。

隔震层设计要点隔震层能在地震中起到应有作用是设计的根本，因而就必须确保整体隔震结构得以协调工作，这样一来我们在将具有合适刚度的梁板体系安排在隔震结构的项部的同时要做到让该层隔震装置的两种负荷——永久、可变负荷的“竖向平均压应力限值不超过相关规范规定，且在罕遇地震下不出现拉应力。”[4]还有一点需要我们注意，就是虽然在前面已经列出了防烈度的相应系数，但是考虑到在遇到竖向地震是隔震层的相对无力，在上部结构设计是我们有必要把水平向换算烈度提高。基础隔震设计不是单靠哪一个部分就能够完成的，要想使得隔震设计的性能得到良好的发挥，就必须保证设计的每个部分都不能脱节，要重视连接点的重要性，从全局出发着手设计。

隔震层设计注意事项隔震层的抗震性能还收其以下结构的影响，因此我们要注意一下的设计要点：①对于支柱、支墩等地相连且有相当大的承重任务的结构，在设计时要以高标注也就是罕见破坏性地震作为隔震底部相关力如竖向力和水平力的计算依据。②要具体问题具体分析，不同的地区对于隔震建筑地基有这不同的要求和标准，所以我们在作出精确计算和设计时不能忽略相应地区抗震防烈度。

4房屋基础隔震设计在我国的应用情况和前景展望

基础隔震的概念早在1881年就已提出，但其真正开始在工程上运用是到上世纪20年代才开始。而我国却是到了60年代才开始有学者关注这一技术，所以该技术的应用在我国起步较晚，不过经过不断的推广，目前国内已经有包括北京、天津、汕头、西安、南京、深圳等在内的地方进行了基础隔震技术工程的试点建设和推广。但是我们发现在西部，这一技术的应用并不充分，而我国西部一些人口密集的城市地处地震带，汶川、玉树的地震给我们提了个醒，我们应该重视推广该技术的应用辐射地区，特别是西部地区。

参考文献：

[1]张文福.房屋基础隔震的概念与设计方法.石油规划设计.1998年第3期

[2]岑巍.浅述房屋基础隔震技术的应用.山西建筑.2010年第20期

[3]张立涛.橡胶隔震支座与滑移隔震支座并联的基础隔震体系研究.硕士论文.2005年3月

[4]倪文军.房屋建筑基础隔震结构设计初探.管理观察.2010年第12期

一、当前建筑结构抗震设计需要解决的问题

（一）合理选择建筑结构体系

在建筑物的结构设计中，最重要的一项就是选择结构体系，该体系选择的合理与否，直接关系到整个建筑物结构的安全。因此，要想合理的选择结构体系，应该从以下两方面入手：第一，结构体系需要具有明确计算的简单图纸。在对结构体系进行设计时，应该将建筑物房间的主要受力点放在主梁上，以便垂直的重力能够在最短时间内，从长度最短的路径传到主要的受力部位。合理布置屋内的内部结构，可以采用竖向构建的内部结构布置方案，该方案需要保证竖向构件压应力的均匀性。第二，结构体系的强度应该具有较高的合理性。一个建筑物结构体系的好坏，在很大程度上都是由其强度决定的，所以，设计人员应该在建筑物的薄弱部位进行合理的强度抗震设计，提高其抗震性。同时，在对结构的框架进行设计时，要保证节点构造不被破坏，尽可能的分散房梁和房柱顶端的塑性，并提高其薄弱部位的抗震能力。

（二）选择抗震的场地

建筑地点的抗震性对建筑物的抗震设计会产生直接的影响，所以，相关人员应该选择抗震性较强或者是有利于抗震设计的场地来建造建筑物，尽可能的避开那些不利于抗震设计的地段。由于地震会引发地裂、地表错动等，对地面的危害较大，所以，在选择抗震场地时，一定不可以选择一些土地液化、软弱、地质元素分布明显不均衡的地点，如果确实无法避开这些地点，则应该在施工初期在地面进行一定的抗震设计，加强地面的强度，稳定地基建造。同时，对于一些随时可以会发生地裂或者是滑坡的场地，施工人员一定要运用科学合理的手段来对地表进行全面的稳定。另外，对于一些需要将地基建设在土层分布不均或者是粘性土质较多的地区的建筑物，需要采用地基加固、桩基等方式来加强建筑的基础和上部结构的抗争性，做好抗震措施的处理。

（三）建筑的平面布置要有规则

在对建筑进行平面布置设计时，应该尽量的`遵循采用抗震设计的原则，使用规则性高的建筑设计方案。设计结构的规则性主要分为三方面：第一，建筑物的主体的抗压性必须要够强，其侧面受力结构不能够出现变形的情况，要尽可能的均匀受力。第二，建筑物主体在抗侧力结构方面的平面布置情况，在布置建筑物主体的抗侧力结构时，要保证同一侧的建筑物主体其抗侧力的强度是相同的，要保证同一侧各部分都能够均匀受力。第三，保证建筑物主体的抗侧力结构在布置上是与其周围结构体系的刚度是相同的，并且，都具备很强的抗扭刚度。

二、建筑结构抗震设计的注意事项

目前，当今社会已有的有关建筑抗震设计方面的理论，是对建筑行业逐年的实例验证进行研究分析，对结果不断的总结归纳得到的。并且，随着当前人们对于住房质量要求的提高，在建筑物结构中融入抗震设计是势在必行的，这也是当前人们之所以高度重视抗震设计的原因。因此，为了能够设计出抗震性较强的建筑物，在实际设计时应该注意：第一，建筑物的布局要保证科学合理性，保证建筑物中每个主要的受力物体都处在同一水平面中，只有这样才能在地震来临时承受住来自地面的压力，减少地震的破坏程度。第二，按照地震等级的不同，对房梁、房柱以及墙体的各个节点部分进行对应的抗震等级设计，保证内部的混凝土钢筋结构能够在受到地震作用后不会受到严重的破坏。第三，在建筑物中设计多个抗震防线。建立一个良好的抗震体系，对于缓解和消除地震带来的压力是十分重要的。因此，应该根据地震等级的不同在建筑物中设计多个抗震防线，当地震来临时，可以依靠这些防线对人们的生命安全提供多重的保护。

三、结论

虽然，目前我国相关行业在建筑物抗震设计方面已经取得了较好的研究成果，整个建筑体系的抗震设计也日趋完善，但是，还是有许多的问题还没有被及时全面的解决，这也是相关行业在日后的工作目标和任务。因此，相关行业部门应该将日后的工作重点放在研究地震破坏的原因上，只有这样，才能够在对建筑结构进行抗震设计时取得质的飞跃。

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