浅谈隔震技术

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摘要：对于地震作用，结构设计历来都是以抗震为主，该设计方法已在以建筑基准法为基础的各项规范中给出了具体规定。与此相反，减小地震作用，不使地震能量传递到结构的“隔震”的方法开始进入结构设计领域，近年来已有许多应用实例，并在一些地震多发国家和地区有了一定的发展。本文通过对隔震技术基本原理的介绍，说明其在防震减灾中的优越性。

关键词：隔震结构 抗震结构 结构设计 阻尼器 橡胶支座

中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：

1概述

“抗震结构”对于风和中小地震作用可以发挥较好的效果，“隔震结构”则在强烈地震作用时显示其优越性。所谓隔震结构就是不使地震产生的力直接作用于结构物，以避免结构物的破坏。具体地说，就是在结构物与地基之间加进一种特殊装置，用以吸收地震动的能量，把结构物的晃动控制在较小程度，使结构不易受损坏。 洛杉矶地震和阪神·淡路大地震中，许多“抗震结构”建筑物受到损坏和倒塌，包括家具翻倒造成人员伤害。而采用“隔震技术”的建筑物，建筑物本身及其内部物品只受到很小的损坏，证实了其安全性和可靠性，得到了社会的高度评价。

2隔震结构的特征

隔震体系一般具有以下基本特征：

（1）足够的竖向承载力。隔震装置具有较大的竖向承载力，在使用状态下，支承上部结构传递的荷载，确保结构物在的绝对安全，满足相关的使用要求。

（2）隔震特性。隔震装置具有可变的水平刚度，在强风或微小地震时，具有足够的水平刚度，上部结构水平位移极小，不影响使用要求。在中等强度地震下，其水平刚度较小，上部结构水平滑动，使刚性的抗震结构体系变为柔性隔震结构体系，其固有自振周期大大延长，明显区别于上部结构的自振周期和地面的场地特征周期，从而把地面震动有效地隔开，显著地降低上部结构的地震反应。通常情况下，隔震体系上部结构的加速度反应值可降低为非隔震结构的1/4～l/12。由于隔震装置的水平刚度远远小于上部结构的层间水平刚度，所以，上部结构在地震中的水平变形，从传统结构的“放大晃动型”转变为隔震结构的“整体平动型”，使得上部结构在强烈地震中仍处于弹性状态，有效的保护结构本身，同时也能有效的保护结构内部装修和精密设备。

（3）复位特性。由于隔震装置具有水平弹性回复力，使隔震结构体系在地震中具有自动复位功能，可满足震后的使用要求。

（4）阻尼消能特性。隔震装置具有足够的阻尼，具有较大的消能能力。

现有的隔震技术

3.1 基础隔震技术

基础隔震是以“软化”结构、“以柔克刚”的方式来隔离地震使结构达到抗震目的，其实质是通过降低结构刚度，延长结构自振周期来减少结构的地震反应。基础隔震技术适用面很广，尤其适用于量大面广的中、低层砖混房屋和钢筋混凝土房屋建筑。采用基础隔震技术建造的房屋，可以突破对房屋层数的限制。在保证高宽比的前提下可以加高一到两层，这样可以增大建筑物的容积率，节省建设用地，提高土地利用率。近代的基础隔震技术基本上可分为两大类，即弹(粘)性隔震和基础滑动隔震。目前应用、研究较广的隔震装置有：夹层橡胶垫隔震装置；滚珠(滚轴)加钢板消能装置；铅塞滞变阻尼器隔震装置；钢滞变阻尼器隔震装置；基底滑移隔震装置；悬挂基础隔震装置；混合隔震装置等。

3.2 层间隔震技术

层间隔震是结构隔震与抗震相结合的一种方法，它是在原结构上安装由隔震支座组成的耗能减震装置，地震时，耗能减震机构吸收并消耗地震能量，从而减小原结构的地震反应。上部隔震部分结构对下部抗震部分也具有TLD作用。它的减震效果一般在10％～40％之间，显然它的减震效果不及基础隔震结构，但它可利用结构的加层或原结构的隔热层，做适当的改建，从而达到减震目的。所以这是一种简单、容易实现的方法，在增加少量投资的同时，大大提高结构的抗震能力，适用于旧房加层和抗震加固结构。层间隔震常用的支座是橡胶支座，可提高弹性回复力。橡胶支座高度不宜太大。在上海，已有几栋邮电通讯机房采用这一方法进行了加固，另有十几栋住宅在应用这一技术加层。

隔震构造设计

一般来说，设计中很少验算上下震动产生的作用。这是因为与结构物的自重相比，地震产生的上下惯性力较小，由上下地震动引起的地震损坏几乎未见。一般多层橡胶隔震器，与柱具有同等程度的竖向刚度，因此对于上下地震动，隔震和抗震结构具有相同的地震反应，不需要特别考虑上下地震动对隔震构造的影响。

在上部结构上的水平刚度很大的情况下，免震层的上部结构会呈现刚体运动，建筑物在高度方向上大体以相同的地震加速度、地震力和层间位移等做衰减运动。如果上部结构是钢骨纯框架结构，则水平刚度比较小，上层的反应加速度比下层的反应加速度要大，越高处免震效果越差。遇到上述状况，需要考虑配置斜向支撑等方式来增设上部结构的刚度，以此来解决越高部位反应加速度越大的问题。

在隔震结构的设计中，原则上应使隔震层所有隔震构件的刚心与上部结构的中心一致，不产生扭转。但是，由于建筑物的不规则，在柱下有限的尺寸范围配置多层橡胶隔震器，压力不会一样，因此仅靠隔震器会产生隔震层的刚心与上部结构的重心不一致。采用与隔震器独立的阻尼器进行设计，在阻尼器的弹性范围内，可以使隔震层的刚心与上部结构的重心一致，避免隔震层的振动扭转增加。

5隔震结构的发展前景

隔震结构与抗震结构相比有先天的优越性，不仅能减小地震对结构本身的破坏，还能消除对结构物内部人员、设备的伤害。隔震技术已在国外（特别是地震多发的日本）获得了一定的推广，并取得了良好的防灾效果。而隔震技术在我国的发展仍较缓慢，结构设计仍是“以刚克刚”的传统抗震设计为主。对于我国而言，可优先将隔震技术于地震多发地区推广。

一般来说，隔震结构在初期建设费用上比普通结构要高一些，但是其地震预测灾害损失却比较少，而结构物的使用年限越长，其综合使用管理费用会更便宜，而且差距越来越大。因为隔震建筑具有灾害震害小的特点，如果是采用期限租赁的方式使用的话，使用率也会大大增加。

通过技术、经济方面的对比，我们不难发现隔震结构更有发展前景。

参考文献(References)：

[1]日本免震构造协会. 图解隔震结构入门，科学出版社. 1998

[2]王成. 隔震结构应用设计与研究[J].工程建设与设计. 2003，(8)

[3]杨迪雄. 隔震结构的研究概况和主要问题[J].力学进展. 2003，（3）

[4]周云，邓雪松，汤统壁. 中国耗能减振技术理论研究、应用的回顾与前瞻. 工程抗震与加固改造. 2006，（6）