基于性能的建筑消能减震加固设计方法研究

　　摘要:在社会经济快速发展的推动下，建筑行业也得到了快速的发展，随着人们对建筑功能的需求越来越多样化，建筑工程的规模、难度都在不断增加，同时对建筑结构的安全性也有着更高的要求。在现阶段城市现代化建设发展的过程中，大多以高层建筑为主，与传统的建筑形式相比，高层建筑在建筑抗震方面就有着很大的不同，传统建筑的抗震结构设计已无法满足当前高层建筑结构的抗震需求，因此，出现了新型的隔震减震控制技术。本文主要对建筑结构设计中的隔震减震控制技术进行详细分析。

　　关键词:建筑结构设计;隔震技术;减震技术

　　引言

　　由于使用功能变更、规范修订、区域抗震设防烈度变化等因素，我国大量既用建筑在改造时往往难以满足现行抗震规范或抗震鉴定标准的要求，需要进行抗震加固。消能减震加固技术改变了传统抗震加固思想，引入消能器(阻尼器)，消耗地震输入建筑的能量，降低建筑物的地震反应程度，为抗震加固的开辟了一条新途径，自1998年，国内已有大量建筑的抗震加固采用了消能减震技术。基于性能的抗震加固方法是根据既有结构重要性、业主要求或结构加固自身需求确定一个适当高于现行规范(标准)要求的性能目标，运用弹塑性抗震分析方法确定结构罕遇地震下的性能水准，进而采取合理有效加固措施，达到既有建筑的抗震加固目的。

　　作者：邹 磊

　　1建筑结构设计中隔震减震基本原理

　　随着建筑行业的快速发展，传统的建筑结构抗震设计已经无法满足当前阶段的抗震需求，为了提高建筑结构的抗震能力，加强对新型建筑抗震技术的研究力度，一种以减震、隔震为手段抗震设计思想，得到了快速的发展，同时也被广泛地应用到建筑施工中。对于减震技术来说，其主要原理就是在建筑结构内安装附件装置或者是子结构，通过这样的装置能够将地震发生时产生的能量向上层结构进行传递，从而能够达到阻隔能量的效果，在传递能量的过程中，可以通过结构之间的反作用力来减少上部结构的地震反应。

　　建筑论文范例：隔减震技术在既有建筑加固中的应用与选择

　　对于隔震技术来说，其主要原理就是将隔震支座以及阻尼器等装置安装在建筑物上部结构与基础结构之间，从而在一定程度上使建筑结构的周期延长，使阻尼增大，这样就能够使地面运动在向上部传递的过程受到阻碍，从而使上部结构受到地震作用的影响大大降低。当前阶段，使用最多的就是消能减震技术，就是通过将消能装置设置在房屋结构内部，并在适当位置加装阻尼器，从而得到降低或者消除地震反应的作用。

　　2基于性能的消能减震加固基本思路

　　2.1消能减震加固消能器的选择

　　消能器是消能减震加固中的关键装置，应具有适应结构的变形能力，需要满足罕遇地震下结构的变形，在结构变形过程中消耗地震输入建筑的能量。消能器可分为速度相关型、位移相关型两大类。速度相关型消能器包括黏滞消能器和黏弹消能器，位移相关型消能器包括摩擦消能器和各类金属消能器，屈曲约束支撑属金属型消能器。选择消能器时，需根据被加固结构的需要选择。现有建筑的水平侧向刚度较小，地震下变形较大的结构，采用金属消能器或摩擦型消能器，它们不仅能提供附加阻尼，还可提供附加刚度，小震下能够更加有效地解决变形问题。

　　解决结构不规则性，金属阻尼器中的屈曲约束支撑效果最佳，可以通过布置支撑使结构平面扭转效应或上下层刚度突变满足规范的限值要求。单跨框架采用金属消能器加固后，消能部件能够起到“抗震墙”的作用，同时又具有良好的延性性能，还可以解决单跨框架结构抗震冗余度低的问题。黏滞消能器则可有效提高结构阻尼，降低结构地震作用，既适用刚度较大的结构，如框架剪力墙结构，也适用较柔的结构，如框架结构。

　　2.2建筑物地基使用特殊材料进行隔震

　　在建筑物基础隔震工作开展的过程中，最关键的就是要将隔震层变成一个柔性的底层，这样在地震灾害发生时，就能够对地震波起到一定的削弱效果，从而能够使地震释放出来的能量减少，降低地震对建筑物的破坏。传统的建筑抗震中，是通过在建筑的基础部分交替铺上砂粒以及黏土，或者是通过直接铺上黏土以及砂粒垫层的方式来起到一定的隔震作用。

　　2.3建筑物基础设立隔震设施减震

　　该隔震方式是通过在建筑物基础以及上部建筑之间设立特殊的设备，来达到一定程度的隔震效果的，通过这种隔震设置方式，能够对地震的向上传送起到一定的阻碍作用，从实际情况来看，最高可使地震发生之后向上部建筑结构传送的能量降低2/3，但是这种隔震方式在实际使用中也存在着一定的弊端，就是由于该设备会导致建筑结构本身的自振周期延长，因此，不适用于高层建筑的抗震设计中。当前阶段常见的隔震形式有粘弹性隔震、摩擦滑移式隔震，常见的隔震装备有橡胶垫和橡胶板等。

　　2.4设计思路、过程和要求

　　根据建筑物的结构形式、使用功能、加固需求等，确定不同地震设防水准下的性能要求，以此确定加固方案，进行加固设计。这样能有效控制不同水准地震作用下建筑物的破坏状态，实现加固时的性能要求。基于性能的消能减震抗震加固设计步骤如下：(1)对既有建筑进行抗震鉴定，确定建筑是否满足抗震鉴定标准的要求。这个阶段主要是了解结构多遇地震下的承载能力和抗震措施情况。(2)既有建筑现存抗震能力分析，这个阶段需采用弹塑性分析的方法，确定既有建筑罕遇地震下能够达到的性能水准，为制定性能化目标提供依据。(3)根据(1)(2)项评估的结果以及加固后结构的使用要求，确定加固性能目标。多遇地震弹性是基本要求，因此性能目标主要求是罕遇地震的性能要求。

　　2.5黏弹性阻尼器

　　为了保证建筑工程结构的稳定性，相应的建筑企业以及设计单位需要根据实际情况选择合理的减震技术，这可以在一定程度上提升整个工程的稳定性，可以在选择合理性技术措施的基础上有效使用黏弹性阻尼器，其是被动减震装置，在实际的应用过程中属于速度相关型，其原理主要是通过利用阻尼材料特殊的滞回特性从而增加结构的阻尼，这可以降低结构在外力施加振动作用下的效应，从而达到一定的减震效果。在建筑工程中，如果建筑结构受到外界影响而发生振动，黏弹性阻尼器则会开始工作、耗能，其具备良好的耗散能量的能力，其可以使黏弹性阻尼器的力位移滞回曲线接近椭圆。在实际的应用过程中，相应的建筑企业以及设计单位也要立足于实际，对影响黏弹性材料性能的因素进行分析，其中主要涉及频率、温度以及应变幅值。

　　3减震技术的发展趋势

　　随着建筑企业以及设计单位对减震技术的应用范围不断增大，建筑行业为了进一步提升工程项目的整体质量，对减震技术的应用效果也进行了深入分析，通过大量的研究和文献表明，在工程中可以应用黏滞阻尼结构、黏弹性阻尼结构和金属耗能结构减少外力作用下结构的动力反应，这可以使耗能能力得到增强，降低层间剪力、层间位移、顶点位移、顶点加速，提高抗震性能。为了进一步发挥出减震技术的优势，相应的建筑企业以及设计单位就需要对其发展趋势有一个全面的掌握，以此才能够在实际工程中减少或尽可能避免地震灾害。

　　结语

　　消能减震加固技术具有概念简单、加固效果显著、施工方便等优点。结合性能化设计，可满足业主预定的性能目标要求，还可以通过消能减震技术大幅提升结构的抗震能力，解决一系列的构件加固难题，将是结构抗震加固设计的一种趋势。

　　参考文献：

　　[1]王雪,韩智铭.结构消能减震技术应用分析[J].产业与科技论坛,2018,14(19):54-55.

　　[2]周云,徐彤,俞公骅,等.耗能减震技术研究及应用的新进展[J].地震工程与工程振动,2020(2):3-5.