浅析建筑结构减隔震的现状及未来发展

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摘要：地震是由于地面的运动，使地面上原来静止的建筑物由于受到动力作用而产生强迫振动，因而在结构中产生内力、变形和位移。经过简化后的模型动力学分析，即一次次的震害分析进行修正、补充，得到一些建筑物在地震作用下的反应机理及破坏形式，提出了一些建筑物抗争的计算方法及设计的基本原则。

关键词：消震；隔震；被动减震；主动减震

一、减、隔震的现状

由于传统抗震方法的缺点与不足，并在全部了解地震引起结构震动的全过程。由震源产生地震动，通过传播途径传递到结构上，从而弓l起结构的震动反应。通过在不同阶段采取震动方法控制措施，就成为不同的积极抗震方法。大致包括以下四点：

1、震源一消震。消震是通过减弱震源震动强度达到减小结构震动的方法，由于地震源难以确定，且其规模宏大，目前还没有有效可行的措施将震源强度减弱到预定的水平。

2、传播途径一隔震。隔震是通过某种装置将地震与结构隔开，其作用是减弱和改变地震动时结构作用的强度和方式，以此达到减少结构震动的目的。隔震方法主要有基底隔震和悬挂隔震两种。

3、结构一被动减震。被动减震是通过采取一定的措施或附加子结构吸收和消耗地震传递给主结构的能量，达到减小结构震动的目的。被动减震方法有耗能减震，冲击减震和吸震减震。

4、反应一主动减震。主动减震是根据结构的地震反应，通过地震系统地执行机，主动给结构施加控制力，达到减小结构震动的目的。

(一) 隔震

1、基地隔震。1)橡胶垫隔震装置。用于隔震装置的橡胶垫块，可用天然橡胶，也可用人工合成橡胶(氯丁胶)。为提高垫块的垂直承载力和竖向刚度，橡胶垫块一般由橡胶片与薄铜板叠合而成。2)铅芯橡胶支座。这样就使支座具有足够的初始刚度，在风荷来和制动力等常见载荷作用下保持具有足够的刚度，以满足正常使用要求，但强地震发生时，装置柔性滑动，体系进入消能状态。3）滚珠(或滚轴)隔震。有自复位能力的；有加铜拉杆风稳定装置；横向油压千斤顶位的。另外，还有加消能装置的，消能装置有软消能杆剪，铅挤压消能器，油阻尼器，光阻尼器等。

2、悬挂隔震。悬挂隔震使将结构的全部或大部分质量悬挂起来，是地震动传递不到主体质量上，产生较小的惯性力，从而起到隔震作用。悬挂结构在桥梁、火电厂锅炉架等方面有大量应用。著名的43层香港汇丰银行新大楼采用的就是悬挂结构。

(二)被动减震

1、耗能减震。1)结构消能减震体系的特点：结构消能减震体系是把结构的某些非承重构件(如支撑剪力墙等)设计成消能杆剪，或在结构物的某些部位(节点或连接)装设阻尼器，在风荷载轻微地震时，这些消能杆件或阻尼器仍处于刚弹性状态，结构物仍具有足够的侧向刚度以满足正常使用要求，在强地震发生时，随着结构受力和变形的增大，这些消能杆件和阻尼器，率先进入非弹性变形状态，产生较大阻尼，大量消耗输入结构的地震能量，从而使主体结构避免进人明显的非弹性状态并迅速衰减结构的地震反应，从而保护主体结构在强地震中免遭损失。与传统的结构抗震体系相比较，它有如下的优越性：①消能减震体系是以非承重构件作为消能构件或另设阻尼器，他们的损坏过程是保护主体结构的过程，所以是安全可靠的。②震后易于修复或更换，使建筑结构物迅速恢复使用。③可利用结构的抗侧力构件(支撑、剪力墙等)作为消能杆件，无需专设。

2)结构消能减震体系的设计和工程应用：消能减震体系按其消能装置的不同，可分为二类：① 消能构件减震体系：利用结构的非承重构件作为消能装置的结构减震体系。常用的消能构件有：消能支撑：耗能交叉支撑，摩擦耗能支撑，耗能偏心支撑，耗能隔撑。一般支撑杆件大都用软钢制作，取材容易，屈服点适当，延性好，故有较高的消能减震性能。构件大都采用非弹性“弯曲”变形的消能减震性能，具有较高抵抗周疲劳破坏的能力。

② 阻尼器消能减震体系：在结构的某些部位(支撑杆件、剪力墙与边框联结处、梁柱节点处等)装设阻尼器(软钢阻尼器、挤压铅阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器等)。在强地震时，结构物这些部位发生较大变形。从而使装设在该部位的阻尼器有效的发挥消能作用。

2、冲击减震。冲击减震是依靠附加活动质量与结构之间的非完全弹性碰撞达到交换动量和耗散动能进而实现减小结构地震反应的技术。实际应用时，一般在结构的某部位(常在顶部)悬挂摆锤。结构震动时，摆锤撞击结构使结构震动衰减。另外，摆锤还兼有吸振器的功能。

3、吸振减震。吸震减震是通过附加子结构，使结构的震动发生位移，即使结构的振动能量在原结构与子结构之间重新分配，从而达到减小结构震动的目的。目前，工程结构应用的吸震减震装置主要有：TMD，液压(柱)阻尼器(简称TLD或TLCD)，SNPD和质量放大器。

(三)主动控制减震

主动控制减震体系是利用外部能源，在结构受地震激励震动过程中，瞬时改变结构动力特性和施加控制力，以衰减结构地震反应的自动控制体系。主动控制体系中的控制器有三部分组成。①传感器。安装在结构上，测量结构所受外部激励或结构反应或两者，将测量的信息传递给控制器的处理器。②处理器。处理测得的信息，根据给定的控制算法，计算所需的控制力，并将控制信息传递给控制器中的致动器。③控力器。根据控制信息，有外部供给能源产生所需的控制力，从而减小结构振动反映。根据控制器的工作方式，

二、今后的发展趋势

传统的依赖结构延性的抗震措施是以一定的损伤为代价减小地震反应，应用见证效能技术则可以减小结构本身的损伤，对各类结构基本上能使用，其减震效果对地面运动特性依赖性较小，耗资也不是很大，因此是可以广泛使用的方法。基础隔震对在短周期内地面运动影响下的中短周期结构而言，其减震效果比消能技术更好，但对地面运动输入特性比较敏感，不能完全消除共振的危险性。半主动控制和混合控制方法可以满足不同的设防要求，对地面运动和结构本身不确定性的地适应能力更强，可以提高结构在地震作用下的安全性，引入智能元件以后，效果会更好。