浅谈建筑结构隔震的发展与应用

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【摘要】: 本文从隔震概念、原理、隔震系统的类型、隔震技术的分类、隔震体系的应用优点、隔震技术应注意有待解决的问题等方面对隔震技术进行了初步探讨，以促进隔震技术在建筑结构中的发展与应用。

【关键词】： 结构隔震，隔震系统，隔震技术

中图分类号：TU352.1+2 文献标识码：A 文章编号：

引言

地震是世界上对人类构成巨大威胁的自然灾害之一. 由于地震的不确定性和复杂性，全世界每年大约18 次的强震地震灾害，往往造成大量人员伤亡和重大经济损失。我国地震频繁, 人口众多, 又处于经济迅速发展时期, 结合我国国情, 探求一种安全、经济, 适合于量大面广的一般民用建筑减隔震房屋体系势在必行。

结构减震设计的基本思路是在结构中附加装置或子结构, 通过隔震装置阻隔地震能量向上部结构传递, 或通过消能装置消耗地震输人上部结构的大部分地震能量, 或通过子结构产生反向作用力, 从而减少上部结构的地震反应。

一、隔震的概念、原理

1.1 隔震的概念

在房屋基础、底部或下部结构与上部结构之间设置( 如由橡胶隔震支座和阻尼装置等部件组成的具有复位功能的) 隔震层，以延长整个结构的自振周期，减少输入上部结构的水平地震作用，达到预期防震要求。

1.2 隔震设计原理

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。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。隔震设计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。

二、 隔震系统的类型

隔震系统是由隔震器、阻尼器和复位( 风反应控制与地基微震动) 装置等组成。阻尼器可单独设计，也可与隔震器合为隔震支座一种元件以方便使用，必要时尚需设置防风锁定装置。

隔震系统常用的有摩擦滑移加阻尼器隔震系统、叠层橡胶支座隔震系统、摩擦滑移摆隔震系统、组合基础隔震系统等，目前比较成熟的是叠层橡胶支座隔震系统。

国内外常见的叠层橡胶支座有: 标准叠层橡胶支座( MRB) ，铅芯叠层橡胶支座( LRB) ，高阻尼叠层橡胶支座( HD-MRB) ，内包阻尼体叠层橡胶支座( DRB) 。铅芯叠层橡胶支座在我国使用最多，标准叠层橡胶支座的使用稍少。

三、隔震技术的分类

隔震技术的分类方法多种多样，按固定或绝缘的方法，在地基和上部结构之间进行分类，具体可根据其对象不同分为3类。

在地震中安全、可靠。基础隔震建筑结构与传统结构相比,一般可减轻地震反应70%--90% (试验和实际地震记录),使上部结构基本处于弹性工作状态, 保证结构物的安全, 达到规范要求的“ 小震不坏, 中震可修, 大震不倒” 的抗震设计要求。

3.1 地基隔震

地基隔震可分为绝缘和屏蔽2种。

(1)绝缘是希望在地基自身中降低输入波的方法，从而达到隔震的目的， 软弱地基或像人工地基那样较软的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。

(2)屏蔽是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(S波)隔断的方法，但这种方法不能屏蔽直下型输入波。

3.2 基础隔震

所谓基础隔震是在上部结构与基础之间安装隔震系统，将基础和上部结构隔离开来， 以减小水平地面运动向上部结构的传递，从而达到减小上部结构振动的目的。可分为周期延长、能量吸收和绝缘等方法。

3.3 上部结构隔震

上部结构的隔震方法分为能量吸收和附加振动体两种形式。能量吸收型是在建筑物的任意层设置弹塑性阻尼器、粘性体阻尼器、油阻尼器或摩擦阻尼器等各种阻尼器以吸收地震能量。附加振动体型式则是在建筑物的任意层上加设振动体，构成新的振动体系，将振动由结构物本身向附加振动体转移。

隔震体系的应用优点

4.1 明显有效地减轻结构的地震反应。从振动台地震模拟试验结果及美国，日本建造的隔整结构在地震中的强震记录得知，隔振体系的结构加速度反应只相当于传统结构（基础固定）加速度反应的1/3—1/10。这种减震效果是一般传统抗震结构所望尘莫及的。从而能非常有效地保护结构物或内部设备在强地震冲击下免遭任何毁坏。

4.2确保安全。在地面剧烈震动时，上部结构仍能处于正常的弹性工作状态。这既适用于一般民用建筑结构， 确保居民在强地震中的绝对安全，也适用于某些重要结构物和重要设备。

4.3减低房屋造价。从国内多地建造隔震房屋的经验得知，多层隔震房屋比传统多层隔震房屋节省房屋土建造价：7 度区节省3-6%，8 度区节省8-14%，9 度区节省15-20%。并且安全度大大提高。

4.4抗震措施简单明了。抗震涉及的对象从考虑整个结构物的复杂的不明确的抗震措施转变为只考虑隔震装置，简单明了。结构物本身与一般非地震区的做法无疑， 设计施工大大简化。

4.5震后修复方便：地震后，只对隔震装置进行必要的检查更换。而无需考虑建筑结构物本身的修复，地震后可很快恢复正产生活或生产，这带来极明显的社会效益和经济效益。

五、隔震技术应注意有待解决的问题

5.1对高宽比大、不符合《规范》要求的结构，在进行隔震设计时需进行整体抗倾覆验算，防止支座压屈并控制支座拉应力不超过1 MPa。验算隔震支座拉、压力时，应按罕遇地震作用计算并留有适当余地。

5.2地震波在软弱( 夹层) 场地的传播特性尚不明确，软弱场地、场地有软弱夹层、下部结构变形过大的情况下应慎用隔震技术。

5.3计算隔震上部结构水平地震作用时，隔震系统力学性能与水平向减震系数两者之间变化规律有待深入研究。

5.4目前的隔震系统对竖向地震作用无隔离效果，隔震装置在竖向地震作用下的反应还有待进一步探讨。

六、结语

隔震技术同传统抗震体系相比，具有巨大的优越性，在突发性的超过设防烈度地震中不破坏、不倒塌，既保护建筑结构本身，又保护建筑物内部的仪器设备及人员的安全，经济适用，将成为建筑抗震的主体。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，具有十分良好的发展前景。

参考文献:

［1］GB50011-2010，建筑抗震设计规范［S］．

［2］王社良．抗震结构设计［M］．第4版．武汉:武汉理工大学出版社，2011:221-231．

［3］朱炳寅．建筑抗震设计规范应用与分析［M］．北京:中国建筑工业出版社，2012: 504-508．

［4］日本建筑学会．隔震结构设计［M］．刘文光，译．北京: 地震出版社，2006．