探析隔震技术在建筑结构中的应用

摘要：随着经济的飞速发展，建筑业也得到了蓬勃的发展，各种建筑层出不穷，但是建筑使用过程中，对于各类自然灾害的抵御非常重要，这直接关系到人们的生命和财产的安全，因此加强对各种建筑物抗震性能的增强具有十分重要的意义，加强对各种隔震技术的研究，并不断使其应用于建筑结构设计中来，这对保证建筑结构的抗震性能具有十分重要的意义。

关键词：隔震技术；建筑；应用

中图分类号： TU3 文献标识码： A

前言

在传统的建筑中，主要依靠建筑物自身的强度以及韧性来抵抗地震的影响，效果并不是很好，随着科技的发展，逐步出现了隔震技术，隔震建筑则是用隔震装置将地震时建筑物的摆动转换为建筑物对地面的横向位移,并吸收地震能量。经过大量的工程实践证明,隔震技术是防震减灾的有效手段。

1、隔震技术的基本原理

这里要阐述的是橡胶垫基础隔震技术，这种技术在建筑物的基础和上部结构之间，通过设置一个隔震层以实现阻隔地震能量向上部结构进行传导。关于隔震层，其主要的组成部件是叠层钢板橡胶垫。其作用为增大结构的自震周期，从而远离地震输入的卓越周期，实现降低隔震层的上下部结构间所存在的地震传导。隔震层应当满足以下几点要求：

1.1、具有足够的竖向承载力以及足够的竖向刚度，确保在正常使用下建筑物可以承受结构的竖向荷载。

1.2、具有比较小的水平刚度以及充分的变形能力，使结构的自震周期得到增大，实现良好的减震效果。

1.3、具有比较大的阻尼以及比较强的复位功能，阻扰与长期的地震形成共振反应。有足够的初始刚度，保证在风荷载和轻微地震作用下建筑物仍然能够保持稳定。

2、隔震系统和隔震设计对结构的要求

2.1、层间隔震结构的原理

通过在建筑的上部某两层间设置隔震层，在隔离震动的水平成分对于隔震层上部结构的传递，降低地震对于结构稳定性的影响，并且通过隔震层上部结构与下部结构的耦合作用，减低地震对于隔震层下部结构的反应，提高建筑物整体的稳定性。层间隔震结构的工作机理与基础隔震结构和TMD系统（调谐质量阻尼系统）的工作机理不同。

2.2、隔震设计对结构的要求

2.2.1、隔震层应提供必要的侧向刚度、阻尼及足够的竖向承载力。

2.2.2、非地震作用的其他水平荷载(如风荷载)标准值产生的总水平力不宜超过结构总重力的10%。

2.2.3、工程经验表明:地震波的中、高频分量易被软弱场地滤掉，若在其上建造隔震房屋，延长结构周期将增大而不是减小其地震反应。因此《规范》要求隔震结构建筑场地宜为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ类等硬土场地，并应选用稳定性较好的基础类型。当在Ⅳ类场地建造隔震房屋时，应进行专门研究和专项审查。

2.2.4、根据橡胶隔震支座抗拉屈服强度低的特点，《规范》要求隔震结构最大高度应满足规范非隔震结构的要求，变形特征接近剪切变形，高宽比宜小于4，且不应大于相关规范规程对非隔震结构的具体规定。采用隔震设计时应对高宽比大于4或非隔震结构相关规定的结构进行专门研究。

2.2.5、隔震设计应注意有待解决的问题

（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1MPa。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。

（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。

（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。

（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。

3、基础隔震技术的主要分类

3.1、橡胶支座的基础隔震技术

对于橡胶支座基础隔震技术而言,其支座通常上使用的有普通的叠层橡胶支座、铅芯的叠层橡胶支座、较高阻的尼叠层橡胶支座等等。这些支座大都利用了叠层橡胶支座对阻尼材料有相应的约束力这一作用，使建筑结构产生剪切变形，这样就能够充分的发挥阻尼材料的良好吸收性能，从而更有效地吸收发生地震时发出的能量。虽然此技术的隔震效果很好，结构又比较简单，性能还很稳定，但是这种技术的造价很高。

3.2、滑动摩擦的基础隔震技术

滑动摩擦的基础隔震技术指的是在建筑隔震的结构中添加相应的摩擦阻尼器再进行隔震作用。这种技术是在基础面上边设置滑动层，通过滑动层的作用使得建筑结构与基础解耦之间产生一定的摩擦力。在建筑物发生很小的地震时，这种摩擦力就可以很好的对上部的结构起到一个阻力作用；而当建筑物发生很大的地震时，滑动层受到的地震作用就很大，甚至比摩擦力还要大，这样就使得滑动面会出现滑移现象，通过这种滑移现象就能够有效的消耗并且阻止了地震能量的传输，从而有效的起到了隔震的作用。

3.3、复合型的基础隔震技术

复合型的基础隔震技术主要分为并联型复合基础隔震技术和串联型复合基础隔震技术两种类型。这两种类型都是由滑动摩擦基础隔震体系和橡胶支座的基础隔震体系进行并联和串联组成的。这种基础隔震技术充分的体现了前面两种隔震技术的优点，隔震的结构比较简单，隔震的效果很强。因此被广泛的应用。

4、隔震结构的适用范围

4.1、建筑方面

隔震层中，上部结构的层间位移比较小，一般都是钢体运动，扩大了上部结构在建筑设计上的自由度，大大缓解了结构设计对于建筑设计的限制约束，可以说隔震结构中上部结构的设计并没有什么特别的限制。

4.2、结构方面

隔震结构也没有特别的限制，可以说，适合各种类型的结构设计。与传统结构设计相比，隔震结构在对上部结构的偏心、非结构构件和设备的抗震构造措施、结构和构件的延性等方面，其限制都比较宽松，使得隔震层上部建筑的结构形式可以有更为灵活的选择。不过，由于隔震技术是通过增大结构自振周期来实现结构地震反映的降低，因此，那些周期小而场地特征周期比较短的建筑，将会得到更佳的隔震效果。隔震技术如果应用在砌体房屋一级中低层混凝土建筑结构中，减震效果将更具优越。《建筑抗震设计新规范》中做了明确规定，砌体房屋、钢筋混凝土框架结构、钢筋混凝土框架――抗震墙结构中，都可以采用隔震的结构设计方案，房屋的高度和总高度应当符合规定要求：

5、隔震建筑结构的设计步骤

5.1、确定隔震结构的上部结构方案和结构布置

这些设计内容和非隔震建筑结构是一样的。那些偏心比较明显的建筑平面设计方案，采用隔震技术的话，会更加容易进行设计。在抗震建筑结构中，其上部结构和地基直接相连，将会产生一定的温度应力。隔震建筑，则不会和地基接触，其温度应力将伴随隔震层的变形而被释放。

5.2、布置、设计隔震的支座

隔震层的各橡胶隔震支座，在永久荷载和可变荷载组合作用下产生竖向平均压应力，其设计值不应当超出下表的规定要求；而在罕遇地震作用下，不应当有拉应力的存在。

5.3、确定隔震建筑的上部结构的水平换算烈度以及地震作用

水平换算烈度，应当通过隔震结构和非隔震结构的层间剪力最大值的对比分析后再做确定。层间剪力的对比分析，应当采用多遇地震作用下的时程分析。如果隔震后的结构各层的层间剪力小于降低烈度但不隔震的对应结构的各层最大层间剪力的80％时，可以取降低后的烈度作为水平换算烈度。

6、结束语

因此在进行对抗震结构的具体设计时，要把地震的作用力看作是一种额外的荷载，然后再和作用在建筑结构上的其它荷载进行更好的结合，从而使设计出来的隔震结构能够满足高层建筑的相关要求。而现代的隔震技术中，对于高层建筑而言，在其建筑结构中加入了用来使建筑结构变形以及对地震时所产生的巨大能量的吸收装置。例如前面提到的橡胶隔震支座和相应的阻尼器，这样就可以给建筑结构提供良好的竖向承载能力、弹性能力以及变形能力等。

参考文献：

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[2]孙国荣隔震技术在建筑结构中的应用和展望泰州职业技术学院学报2007/01

[3]朱忠义 束伟农 柯长华 秦凯 卜龙瑰 黄嘉 杨玉臣 张琳减隔震技术在航站楼大跨结构中的应用空间结构2012/01