浅谈建筑结构的隔震减震技术

浅谈建筑结构的隔震减震技术摘要：从地震的严重危害性证实了结构抗震性能的重要性，阐述了隔震与减震的原理及相关的分类，介绍了隔震减震较传统方法的优点，表明了隔震与减震技术的良好发展前景。关键词：隔震，减震，地震，结构，阻尼Abstract：Thispaperverifiesthesignificanceofstructuralseismicperformancefromtheaspectofseriousseismicdamage，expoundsseismicre’ducfionandseismicisolationprincipleandrelevantclassification，introducesitsmeritscomparingtotraditionalmethods，anddemonstratesitswonderfuldevelopmentprospect．Keywords：seismicisolation，seismicreduction，earthquake，structure，damping一、引言地震是一种自然现象，全世界每年大约发生50万次地震，大多数地震都需灵敏的仪器才能测量到，而人能直接感知的也就大约占1%左右[1]。我国是多地震的国家，地震区分布广大，历次大地震给人民生命财产带来了巨大损失。我们国家的抗震设防目标是“小震不坏，中震可修.大震不倒”。这就要求结构构件具有足够的承载力和塑性变形能力。而传统的结构抗震是依靠结构自身的抵抗能力，让建筑物基础固结于地面，但地震反应的特点是由底向上逐渐放大，为了保证建筑物的安全，提高结构的承载力，必须加大构件的截面，这样既造成了较多的材料消耗，也使建筑物自重增大，得不偿失。隔震和耗能减震是建筑结构减轻地震灾害的新技术、新方法和新途径。所谓隔震就是立足于“隔”，利用专门的隔震元件，以集中发生在隔震层的较大位移为代价，阻隔地震能量向上部结构的传递，使建筑物有更高的可靠性和安全性。《建筑抗震设计规范》(GB5011-201)中增加了“隔震与消能减震”的章节，说明我国正日益重视隔震与耗能减震技术与理论的研究，并致力于该技术的推广应用。二、隔震隔震设计是指在房屋底部设置由橡胶隔震支座和阻尼器等部件组成的隔震层，以延长整个结构体系的自振周期，增大阻尼，减少输入上部结构的地震能量，达到预期的防震要求[2]。也就是说，通过隔震层的大变形来减少上部结构的地震作用，减轻地震破坏程度，使建筑物只发生轻微运动和变形，从而保障建筑物的安全，隔震一般可使结构的水平地震加速度反应降低60%左右。1.分类1.1地基隔震绝缘：是希望通过地基自身降低输入波的方法，达到隔震的目的，软弱地基有降低输入加速度的性质。高刚性基础则还可利用地下逸散减震。屏蔽：屏蔽是通过在建筑物周围挖深沟或埋人屏蔽板等将卓越长周期的剪切波隔断的方法，但直下型输入波不能屏蔽。1.2基础隔震基础隔震是通过在上部结构与基础之间安装隔震系统，隔离将基础和上部结构，降低水平地面运动向上部结构的传递量，减小上部结构振动。基础隔震可分为周期延长、能量吸收和绝缘等三种方法。1.3上部结构隔震上部结构的隔震将之分为能量吸收和附加振动体两种形式。能量吸收型是通过在建筑物的任意层设置添加各种阻尼器以吸收地震能量。附加振动体形式则是通过在建筑物的任意层上加设振动体，并构成新的振动体系，将振动转移向附加振动体。2.隔震减震加固方法隔震减震加固是在结构基础部位设置专门的隔离层，阻止地面运动向上部结构传递。从抗震原理来看，实际上是增大结构周期，减小上部结构地震响应，这是一种间接抗震加固方法。隔震层应具有以下两个功能：(1)具有较大的竖向承载力，以承受上部结构的重量：(2)具有较小的水平刚度，以使上部结构产生的水平地震力足够小。由于隔震层的水平刚度很小，使结构地震变形全部集中到隔震层。这种变形的集中性为设置阻尼消能减震带来方便。一方面将隔震层的变形控制在许可范围，另一方面与消能减震的原理相同，有利于进一步减小结构的地震响应。同时须注意的是，隔震层的非结构构件应具有较大的水平变形适应性。上部结构在地震作用下的振动近似为“整体平动”。而常规结构地震作用下的振动一般为自下而上“放大摆动”；隔震结构可以根据要求提供比常规结构高得多的阻尼值，以大量消耗结构振动能量，提高隔震结构的隔震特。由于采用隔震方法可大幅减少结构整体承受的地震作用力，因此对于整体抗震能力差的建筑，采用隔震方法进行抗震加固能从根本上改善其抗震性能。隔震加固方案中隔震层可设置在待加固结构的不同部位，如基础、中间层等，也可设置在房屋的顶层，同时起到结构加层和抗震加固的目的，而且直接在屋顶施工，对用户造成的影响较小。目前，也有学者提出将隔震装置安放在结构的柱间、柱头或柱脚处，利用其耗能特性来减小层问位移，防止结构倒塌，而且便于施工。隔震加固设计关键在于设计安全合理的临时支托方案，以便置换安装隔震装置和选用安全可靠的隔震装置及其布置方案，主要应考虑满足以下要求：①选用的隔震支座应满足竖向承载力的要求和最大水平变形要求，并留有较大的安全储备。隔震支座面压力宜取约1OMPa，最大不超过15MPa。隔震支座的最大水平变形宜不超过支座橡胶总厚度的2．5倍或支座直径的50％。②避免在隔震支座之间出现较大的压缩沉降差，以确保上部结构在施工安装及使用过程中不出现损伤或裂缝。⑧合理布置隔震支座，尽量使隔震层的刚度中心与上部结构的质量中心相互重合，并具有较大的抗扭刚度矩。④应满足正常使用情况下的抗风要求，即通过选用足够数量的具有初始刚度(屈服前)的带铅芯橡胶支座作为抗风装置，以满足抗风要求。⑤采取必要措施消除相互碰撞的可能性。[3]三、减震消能减震设计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，从而使主体结构构件在罕遇地震下不发生严重破坏[2]。消能装置通常由阻尼器、耗能支撑等组成。消能部件可根据需要沿结构的两个主轴方向分别设置，宜设置在层间变形较大的位置，消能器应具有足够的吸收和耗散地震能量的能力和恰当的阻尼。消能装置不改变结构的基本形式，房屋的抗震构造与普通房屋相比不降低，其抗震安全性可有明显的提高。消能装置应安装在便于维护人员接近和操作的位置1.分类从控制理论的观点看，结构减震方法又可分为两大类：1．1被动控制方法：也被称作无源控制技术方法，包括隔震技术和减震技术，这种方法无外部能源供给。1.2主动控制方法：也被称作有源控制技术，区别于被动控制方法，这种方法有外部能源供给。2．结构消能减震加固方法结构消能减震加固主要是通过增加结构阻尼来达到减小结构地震响应的目的，属于一种间接抗震加固方法。这种加固方法通常不需对原结构构件进行较多的加固处理，具有较大的适用性。增加结构阻尼通常是设置专门的阻尼器。消能减震技术是在结构抗侧力结构上设置耗能装置，当结构产生变形时，耗能装置吸收结构振动能量，使结构阻尼比增大，地震作用减少，它可在全部楼层安装，也可在部分楼层或薄弱层上安装。按照规范的设计方法进行计算，消能减震方法的总地震力降低幅度主要与结构固有周期和阻尼比值大小有很大关系，结构固有周期越短，阻尼比就越大，总地震作用降低幅度也就越大。在实际工程中，往往可能只有部分楼层结构较薄弱，按时程分析计算可以发现，通过优化布置耗能装置，在结构薄弱层及相对位移较大的楼层进行布置，可以明显减小这些楼层的相对位移，达到对薄弱层或特定层进行加固的目的。[3]四、应用与发展隔震能使结构的基本周期延长，以避开地震动的卓越周期，明显地减轻结构的地震反应，使上部结构处于正常的弹性工作状态。隔震体系抗震措施简单明了，还能降低房屋造价，而且震后修复方便，震后只需对隔震装置进行必要的检查更换，有明显的社会效益和经济效益。消能减震技术具有构造简单，造价低廉，适用范围广，维护方便的优点，既适于新建工程，也适用于已有建筑物的抗震加固改造;既适用于普通建筑结构，也适用于抗震生命线工程。西雅图哥伦比亚大厦(7层)、匹兹堡钢铁大厦(64层)等许多工程都采用了该技术，沈阳市政府的办公楼也采用了摩擦耗能器进行了抗震加固，北京饭店和北京火车站也使用了粘性阻尼器进行加固[4]通过地震实践、理论研究和实验验证证明，采用隔震结合消能减震技术建造的结构在烈度为7度的地震中所受到的地震力，基本只相当于非隔震结构在烈度为5．5度左右，结构基本在弹性范围内工作，相应的结构的加速度、速度与位移反应都降低了，保护了结构，减少或消除了结构构件的损坏。通过隔震和消能减震设计把非线性、大变形集中到一组构件上，我们就可以把设计、试验和制造的注意力都集中到这些结构构件上。由于结构处于弹性变形状态，我们可以简化结构分析的方法，分析也会更加可靠。隔震减震技术的运用使得建筑物在地震时更好的保护结构的框架和其他非结构单元，保护结构内的设施、工业设备、人等的安全，提升了建筑物的灾后可延续使用的几率。隔震技术的应用使得在设计方案的选择多样化，也改变了目前的结构设计思想。虽然这些技术尚在发展研究过程中，但在工程结构上广泛的应用前景及未来的发展还是相当可观的。结构减震控制的基本思想提出已有三十余年的时间，同一直被采用的延性设计方法相比，结构减震控制可以认为是结构抗震设计方法的一次革命。世界各国的众多学者，都在结构减震控制上进行了大量的理论研究与工程实践工作，一度形成了百花齐放、百家争鸣的局面。其中以日本为最，其在减震理论研究、设计方法、产品研发以及实际工程应用等方面总体处于领先位置。基于结构减震控制的基本原理多种多样，减震装置的类型名目也较为繁多，绝大多数的结构类型都可运用减震控制方法，从桥梁到建筑，从多层结构到超高层结构，从钢筋混凝土结构到钢结构，这些结构模式都可适用。[5]五、总结隔震与消能减震技术已日益趋于成熟，将成为建筑抗震控制的主体，今后的研究可以集中在标准化、优化设计、细部构造、新产品的开发和完善方向，新产品的开发应以低价、高效和高性能为目标，为减轻地震灾害提供新的技术和方法，也将使我们在结构隔震与减震控制技术方面向世界先进水平方向发展。参考文献[1]丰定国，王社良.抗震结构设计[M].武汉:武汉理工大学出版社，20.[2]cB50ll一201建筑抗震设计规范[3]黎雪环，中华建设，2011年（7）：198-199.[4]高小旺，龚思礼等.建筑抗震设计规范理解与应用[M].北京:中国建筑工业出版社，2003.[5]洪鑫.山西建筑，2011年第37卷第11期：37-39.毕业论文写作十二忌毕业论文,是高校学生根据我国学位条例的有关规定,在毕业之前,结合本人的专业学习和科研方向,在老师的指导下独立完成的学术论文。撰写毕业论文,是高校教学过程的一个必要环节,也是对毕业生综合运用基础知识和专业知识的检验,它可以反映出毕业生对知识的储备情况和研究问题、解决问题的能力以及语言表达等方面的能力。作为科学研究信息的载体,毕业论文也是奉献科研成果并实现其学术价值的重要工具。历年来,许多高校应届毕业生在老师的精心指导下,撰写出了许多高质量的优秀论文。但也有一些论文暴露出了这样或那样的问题,这体现出有些学生还没有真正掌握撰写毕业论文的要领。根据笔者近年来指导撰写毕业论文的工作实践,并联系毕业论文中存在的带普遍性的问题,下面谈谈撰写毕论文应注意的几个问题。1、忌选题不当,题目大小不宜万事开头难,选题是起点。我们所说的选题,是指挑选用来作为毕业论文论证、探讨和解决的问题,也就是研究的中心问题。主攻研究的方向明确了,才能明确从何下手。一般说来,毕业论文论题的选择应遵循以下四点:一是要选主观上有条件、有能力驾驭的论题;即选与自己的专业或工作有关的论题;二要选难易适当的论;三是选有新意的论题,或前人从未研究过、或有人探讨过但不尽透彻、或研究角度不同有待进一步研究的论题。而有的学生在选题时,不是首先考虑论题的价值,而是首先考虑参考资料多不多;或虽然考虑了论题的社会价值,但题目大小难易限制不适中。有的选题太大,太复杂,写起来像“老虎吃天,无从下口”,由于作者把握不住选题的原则,因而写得肤浅,甚至半途而废。有的选题太窄太容易,没法展开也难以深入。因此,论文选题要从自身条件出发,尽量选大小适宜、难易适中的题目。从自己所熟悉的领域开个口子去作文章,容易写得深刻切实。联系实际,从具体事物着手,分析归纳出一些带规律性的东西,易于增强文章的说服力,也易于解决问题,这种“小题大作”的论文一般效果很好。2、忌懒于实践,眼高手低有的学生由于平时读得多、动笔少,一动笔好象非要一鸣惊人不可。看别人的文,初看钦佩有加,久看觉得平庸肤浅,不过如此而已。而自己真正动笔写又写不出来。久而久之,心灰意懒,写作兴趣索然,正所谓眼高手低。写作文是真功夫,不仅要语言文字功底扎实,而且要思想严谨而有深度。这就需要经常实践,反复实践。对于毕业论文则可先写出提纲,打出初稿,然后反复思考研究,反复修改,决不能有半点畏难情绪。人的思维能力、研究能力是在科研实践中提高的,写作能力也是在写作实践中提高的。要想写出优秀的毕业论文,一是要对所研究的问题进行认真深入的探索,二是要对思考研究的所得进行归纳整理,理清头绪,写成条理清晰、逻辑严密的文章。3、忌中心不明,纲目零乱作者在下笔撰写毕业论文之前,要确定论证体系,即确定毕业论文的中心论点和分论点,并按一定的逻辑顺序排列好。所谓论证体系就是对讨论的问题,必须有中心,有从属,使中心论点和分论点之间形成一种特定的关系(支撑、从属)。动笔时,一定要把握重心,扣紧中心论点,使材料蕴含的力量全部能渗透到中心论点,要防止转移中心,防止偏题。而有的学生写的毕业论文没有一个突出的中心,什么都想说,什么都想解决,好象蜻蜓点水,到处涉及,而处处都不深入,结果一个问题也说不清楚,说不透彻,使人读后不知作者到底想阐明什么观点,说明什么问题。4、忌凭空想象,似是而非作为应用文体的毕业论文,毕竟不是文艺作品,既不能合理想象,也不能虚构杜撰;既不能渲染夸张,又不能缩小淡化。王充曾经指出,要“疾虚妄”,刘勰要求“事信而不诞”。可见,真实性是论文的生命。论文应观点鲜明、论据确凿,论证要有严密的逻辑性,这样得出的结论才经得起实践和历史的检验。写毕业论文就是进行“写”的研究,同时也是探求科学真理的过程,其材料必须准确无误。从大的事件到具体细节,甚至一句话,一个数据的引证,都不允许有任何虚假。如果论据靠不住,论点就成了空中楼阁,就会削弱文章的逻辑力量,影响文章的表达效果。因此,在立论上,要从实际出发,不带个人好恶,不凭空臆造;在论据上,要详尽地占有资料,对材料的性质、真假进行甄别;在论证上,要有严谨、周密的逻辑力量。这样,才能克服道听途说、以讹传讹、合理想象、似是而非的虚假结论,才不会把谬误说成真理。5、忌结构混乱,言之无序毕业论文的结构,是作者根据自己的写作意图和要求,对大量材料进行创造性思维加工后形成的思想脉络或论文的框架。结构要解决的问题就是文章的脉络层次和发展顺序问题,结构预先设计得好,就可使文章言之有序。如果没有结构或结构混乱,那么再精辟深刻的思想,再丰富典型的材料,也行不成好文章。笔者近年来从阅读学员的初稿时发现,即使同一个班的学员,论题大致相同,写进论文的材料也相差无几,但结果完全两样:有的观点鲜明,中心突出,条理十分清晰;而有的看不到中心,内容前后衔接不上,显得杂乱无章。原因之一就是作者安排结构的本领有高下。有经验的作者写作时不贸然动笔,不临文觅意、想一点写一点,而是先把结构考虑成熟才动手,然后一气呵成。这就像我们建房之前,必须先搞好整体设计、画出蓝图、再按图施工一样,如果预先没有精密的设计图纸,具体施工就无从下手,自然就盖不出结构合理的房子来。6、忌观点加例子,论不起来论文的论证,就是用论据去证明论点的过程。“论”,就是讲道理“,述”,就是摆事实。只提出论点,摆出一堆论据,不等于讲出了令人信服的道理。只有找出论点和论据的关系,并根据一定的逻辑联系组织出恰当的语言,才算是论起来了。论证实际上就是对事例进行分析说理。有的毕业论文,虽然篇幅较长,但没有针对论点的分析,只是论点加例子,堆砌一些材料,没有分析推理就下结论,文章再长,也达不到说服人的目的,起不到证明观点的作用。这其中最关键的原因是缺乏分析说理这个中间环节。学术论文要有理论性,就要会分析,会论理,就要紧扣中心论点,精心选择材料,再从各个不同的角度展开论述,道理说得越充分、越透彻,论文质量就越高。7、忌空谈理论,言之无物歌德曾经说过,理论是灰色的,生活之树常青。这里的生活,即是社会实践。理论如果离开了实践,就成了无源之水,无本之木。理论文章就要联系实际,这是理论形成的根据,也是理论发展的需要。因此毕业论文必须回答实践中提出的问题,充分体现论文的社会价值。作为高等院校毕业生来说,应通过撰写毕业论文,实现由知识向能力的转化。如果不去认真进行调查研究,不深入实践中去考察,写出来的论文就会只有空话、套话,就会空乏无物、枯燥无味。毛泽东同志曾在《反对党八股》一文中,把这种空谈理论、缺乏生命力的文章比作旧上海滩的“瘪三”,这种“瘪三”式的文章是任何写作技巧也无法使它健全存活的。8、忌外行逞能,不伦不类前面说过,选题要适中,量力而行。这就包含着一个选择自己所熟悉、所内行、与所学专业相关的问题。我们所处的时代知识更新换代特别快,任何人都不可能全知天下事。每个学生都有自己的专业、爱好和特长,在自己熟悉的领域或所学的专业内讨论问题,说的就是内行话,研讨专业外的问题,就可能出现外行现象,自然写不出高水平的论文来。而近年来有的学员的论文偏离了专业和所学的主要课程。例如学行政管理专业的写国际金融市场内容的不少;学政法专业的又研究小城镇建设在农村经济建设中的地位和作用,如此等等。正因为离开了自己的专业学习基地,理论根基不深,情况不熟,结果写出来的论文,不合客观事理和逻辑,有的甚至误入歧途,得出荒谬的结论。因此,有的学员在答辩时支支吾吾,前言不答后语。9、忌观点偏激,提法不妥论文的论点,是作者思想、观点、态度和主张的集中体现。论点是论文的灵魂、统帅和纲领,评价毕业论文的首要条件就是观点正确、鲜明。因此不能随心所欲,不能违背党和国家现行的方针、政策和法律法规,更不能自行其是、钻牛角尖或走极端。在毕业论文写作中,由于个别学员学习不努力,未能及时掌握当前的理论动态,因而在论文中出现观点偏激,提法不妥的现象。要克服这一毛病,首先是要加强学习,努力吸取新知识,接受新事物,使文章所反映出的思想、观点、见解,跟上时代的步伐;其次,在动笔之前和成文之后,都要反复推敲斟酌,看确定论点的总的立场观点是否正确,有无问题;要看文中的主要提法是否妥当,是否符合客观事物的发展规律,有没有片面的、武断的、不实事求是的地方。如果发现了问题,要及时予以纠正。10、忌抄袭代劳,坐享其成撰写毕业论文,是一种创造性、自主性劳动,论文篇幅有一定的要求,写作时间又有严格的限制,对于平时动笔较少的学员来说,确实有一定的难度。因此有的学员就产生了畏难情绪和依赖心理。他们不是在老师的指导下去思考研究、独立完成,而是通过东拼西凑,抄袭组