隔震和消能减震与常规抗震的对比分析

隔震和消能减震与常规抗震的对比分析

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1.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司云南昆明650000；2.上海开艺建筑设计有限公司云南昆明650000

摘要：本文主要对常规抗震、消能减震以及结构隔震的原点与特点进行了介绍，并从安全性、经济性以及适用范围对隔震、消能减震以及常规抗震进行了对比和分析。隔震和消能减震与常规抗震相比，可以减少结构损伤，虽降低了使用范围，但其可以降低工程的全寿命周期成本，提高结构的减震效果和安全性。常规抗震设计方法与隔震和消能减震方法相结合，可以达到建筑结构的大震性能目标，是一个更加合理的抗震设计方法，其值得在我国地震多发地区应用及推广，可以有效满足建筑物经济、适用以及安全的要求。希望能给业界人士提供一定的参考与借鉴。

关键词：抗震；隔震；消能减震；建筑结构

前言：在经济快速发展的背景下，建筑行业在社会实际应用中也得到了前所未有的发展。在我国经济发展进程中，建筑行业起着重要的推动作用。随着地震的频繁发生，严重危害了人们的生命与财产安全，促使社会大众越来越重视建筑的抗震性。由此可见，有效分析与对比隔震和消能减震与常规抗震的原理与特点是非常有必要的，这三种方法对提高建筑的整体抗震性具有重要的作用。

1.分析常规抗震

1.1常规抗震方法原理

为了达到抗震的目的，延性抗震设计一般在消耗地震能量时，主要是借助结构构件的变形来达到目的，Ein=ER+ED+ES就是其能量的表达式。式中，ER为结构地震反应能量；ED为结构阻尼消耗的能量；Ein为地震时输入结构的能量；ES为承重构件及主体结构损害或非弹变形消耗的能量。

当遭遇基本烈度的地震作用时，对于一般性建筑物而言，结构（ES增大）即可能进入非弹性破坏状态，在此作用下，建筑物的内部设备和装修（ES→Ein）都会发生损坏，并需要大量的时间和费用进行修复。建筑物的整体结构一旦因为某些因素而导致关键构件产生问题，就会造成严重破坏，难以修复。结构及内部设备的破坏，对于某些生命线工程，甚至会造成其损失则难以估量，以及生命线网络的瘫痪。

1.2传统抗震方法特点

（1）钢筋混凝土结构

在钢筋混凝土结构中，框架、剪力墙、框架-剪力墙以及筒体结构等是多层和高层钢筋混凝土结构的主要涉及内容。集中节点应力、较小侧向刚度，是框架结构本身的优势，在地震情况下，受强烈地震的影响，对非结构性会进行一定的破坏，节点在此种情况下，也会受到相应的破坏，以及结构大水平位移；而较大的侧向刚度，则是剪力墙结构的优势，底部的破坏在水平地震情况下，侧移较小，不容易修复；框架-剪力墙就是框架与剪力墙一起工作，其特点就是框架与剪力墙的有机结合。

（2）砌体结构

砌体结构是一种脆性结构，其缺点主要表现为较差的抗震延性能力，以及较低的抗剪、抗拉、抗弯强度。砌体结构在地震中破坏机率较大，常见的因素有设计不够科学合理、没有采取正确的施工工艺、较低的整体抗剪强度以及窗间墙承载力不足等。一些砌体结构建筑在汶川地震中，均出现了不同程度的倒塌，其抗震设防裂度比较差。另外，施工质量较好的建筑城市之一就是智利，每座建筑都存在着减震装置，在强烈地震发生时，建筑几乎没有发生过整体倒塌的现象。还有一些建筑没有借助抗震措施，比如，海地地区的砌体结构建筑，导致出现了不同程度的倒塌。

（3）钢结构

钢结构的缺点是节点较多，无法保证施工质量，而优势则是轻质较高、延性较好，少量污染环境。在汶川地震中，钢结构震害相对较轻，有些厂房由于没有连接和固定好屋面板与屋架之间，而造成了屋面板脱落。

2.分析结构隔震和消能减震

2.1结构隔震

（1）结构隔震的特点

基础隔震与悬挂隔震是结构隔震的两个组合部分。基础隔震主要是指橡胶垫装置、摩擦滑移隔震装置以及混合基础隔震装置等。而悬挂隔震为了更好的起到隔震效能，需要把悬挂起全部质量或者大部分结构，这样在强烈地震下，所产生的影响才不会传递到主体质量上。除此之外，高强钢韧性差，而悬挂结构悬杆受力较大，所以，可以借助高强钢，但是在受竖向地震作用时易被拉断。因此，应配合使用阻尼器，在吊点增加减震弹簧，从而减小竖向地震的制约。

（2）结构隔震的原理

隔离地震对结构的影响，就是所谓的结构隔震，其原理是在柔性隔震层上放置整个结构物或者局部支座，借助隔震层装置限制和减少地震能量，降低地震能量，以此来防止其向上部结构传递，目的是降低结构的地震响应，控制地震对上部结构的影响以及隔震部位的变形，从而提高结构的抗震安全性。

2.2结构消能减震

（1）结构消能减震的特点

其不仅可以改善现有建筑的抗震性能，还可以提高新建建筑的抗震性能。消能构件减震体系与阻尼器消能减震体系是消能减震体系的两个部分。消能构件减震体系主要是借助结构的非承重构件的消能装置，其中包括竖缝消能剪力墙、横缝消能剪力墙以及周边缝消能剪力墙等。在强烈地震出现时，为了达到消耗地震能量的目的，消能构件减震体系可以产生非弹性的缝面错动。消能支撑其特点是取材容易，屈服点适当、延性较好，支撑杆件通常借助于软钢制作，所以，有比较强的消能减震性能和抵抗周期疲劳的破坏能力。

（2）结构消能减震的原理

Ein=ER+ED+ES+EA是消能减震的结构能量表达式。式中，ER为结构地震反应能量；ED为结构阻尼耗的能量；Ein为地震时输入结构的能量；ES为承重构件及主体结构非弹性变形消耗的能量；EA为消能装置或消能构件消耗的能量。

消耗地震能量也就是指消能装置进入工作状态，EA增大，则ER、ES减小，这样既避免了由于结构构件产生过大而出现损坏或变形，又衰减了结构的地震反应。消能减震既改善了已有建筑的抗震性能，又全面提高了新建建筑的抗震性能。智利的建筑几乎都有阻尼减震控制系统，在地震发生时，给人们的逃生提供了宝贵时间，并且大幅度提高了建筑的抗震性能。

3.对比常规抗震、隔震以及消能减震

（1）经济性方面

借助于适当控制结构的刚度和强度的传统抗震方法，在较大地震情况下，可以提供一定的塑性变形来抗震，让结构进入非弹性状态后有较大的延性。首先，对于隔震体系，结构截面减小，配筋量降低，上部结构的地震制约较小，其通常不用对结构自身进行修复，震后修复较为简单，只需要检查与更换隔震装置即可；其次，对于消能减震体系，必须有较大的经济投入，结构的强度与钢度要求较高，在破坏后，修复工作量大，而且修复难度较高。

（2）安全性方面

在较大地震情况下，建筑借助传统抗震方法，结构有机会进入非弹性破坏状态。若借助于结构隔震技术，在相同地震情况下，上部结构可处于弹性工作状态。而在建筑结构中应用消能减震，就可以很好的保护主体结构与构件，可设置阻尼器消能构件，在地震过程中损坏后可以有效消耗地震能量。

（3）适用范围方面

在新建建筑的抗震设计中可以有效应用三种抗震方法，还可为现有建筑抗震加固，与此同时，借助与隔震技术在软土场上，可以有效加大结构的地震反应。

结束语：

综上所述，通过对比与分析常规抗震、消能减震以及隔震，取得了一定的研究成果，并且得到了人们的广泛关注。但是，目前我国对于分析与探讨常规抗震、消能减震以及隔震仍处于起步阶段。因此，相关学者应虚心学习国际上的先进方案，本着严谨的态度，加大对其的研究力度，从而更好的服务于人们。

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