浅析隔震技术在建筑结构中的应用

摘要：地震是最严重的自然灾害之一，地震造成的人员伤亡和经济损失的百分之九十以上是源于建筑物的倒塌，时至今日我们依然难以忘记汶川地震给我们国家、我们民族所带来的巨大的人身、财产伤害，北京时间2011年3月11日13时46分，日本本州岛仙台港以东130公里处发生里氏9.0级地震，再次给我们的建筑隔震设计敲响了警钟。因此做好工程抗震减灾工作，提高建设工程的抗震设防水平，提高建设工程的抗震能力目前已成为建筑工程结构设计人员研究的重要课题。

关键词：隔震 技术 建筑 应用

随着社会的进步，人们对建筑结构物提出了比以往更严格的抗震安全性和适用性要求，而传统的结构消极抗震设计方法，越来越难于满足这些要求，同传统抗震体系相比，隔震技术更加有效、安全、适用、可靠，并且可以降低造价，在突发性的地震中不破坏、不倒塌，既保护建筑结构本身，又保护建筑物内部设备及人员安全，经济适用，将成为建筑抗震的主体。

一 、研究背景及研究意义

1.1研究背景

隔震概念最早由日本和合浩藏在1881 年提出，现代意义上的基础隔震技术是由卡斯佩和日本大戚公共建筑工程公司分别独立创造出来的。大成公司在1983 年旧金山国际抗震工程师大会上宣布了这项成果。该公司在模拟大地震作用的振动台上，用一个7层框架结构楼房和一个墙体承重结构楼房的模型作了试验。结果证明结构内部承受的振动力减弱了14-18 倍，可以有效地达到抗震的要求。结构减震控制可以认为是结构抗震设计方法的一次革命。日本、美国、中国以及我国台湾地区的众多学者，在该领域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。在众多的减震技术中，隔震技术的减震效果是首屈一指的，但其应用范围也相对较窄，不太适用于超高层或高宽比较大的建筑，我国目前需要重点研究的内容包括:高层建筑的隔震设计方法;考虑土―基础―结构共同作用的隔震结构受力分析;高阻尼橡胶隔震支座、滑移支座的开发等。

1.2 研究意义

传统的抗震设计是一种弹塑性设计方法，其设防目标可概括为“小震不坏、中震可修、大震不倒”。为了达到这一目标要求结构构件具有相当的强度和塑性变形能力，即通过建筑物结构构件的强度和塑性变形来抵抗地震作用和吸收地震能量，是一种消极、被动的抗震方法。虽然按这种设计方法设计的结构可防止结构倒塌，但结构或结构内部的设备与装修可能完全严重损坏，而采用基础隔震技术可以很好地解决这一问题。

二、 隔震技术简介

2.1 隔震技术的含义

隔震是一种新型的建筑结构耐震形式，通过在房屋的某层柱顶设置隔震垫，阻止地震作用向上传递，从而达到减弱结构地震反映的效果。分为基础隔震结构与层间隔震结构。减震效果一般在50%到90%，并在抗震设防烈度8度及以上的抗震区，可显示出较为明显的经济性。

2.2 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三类。

（1）地基隔震

地基隔震分为绝缘和屏蔽两种: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。屏蔽是在建筑物周围挖深沟或埋入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。

（2）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。附加振动体形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。

（3）基础隔震

基础隔震是指在结构物底部与基础顶面之间合理设置某种隔震装置来达到建筑物与地震隔离的目的。通过调整或改变结构的动力性能,由隔震层的隔震装置吸收并消耗主要地震能量后,仅有少部分能量传到上部结构,明显衰减结构的地震反应,地震发生时建筑物只产生较轻微运动,结构处于弹性阶段,从而保证建筑物内人员、设备的安全。

基础隔震的分类：叠层橡胶垫基础隔震―利用叠层橡胶垫水平刚度小的特点，延长结构第一固有周期，避开地震波卓越周期，达到降低结构地震作用的目的。摩擦滑移基础隔震―利用上部结构与基础之间的解耦，控制结构底部剪力，达到降低结构地震作用的目的。复合基础隔震―分为并联复合隔震体系和串联复合隔震体系，但均由滑板摩擦隔震支座和叠层橡胶支座并联或者是串联组成，随着叠层橡胶垫、铅芯叠层橡胶隔震垫、高阻尼橡胶隔震垫以及各种阻尼器的研发成功，橡胶支座隔震已逐步发展成为隔震技术的主流。目前，我国叠层橡胶支座房屋的建筑面积在200 万平方米左右，分布在20个省、市，基本覆盖了大陆的高烈度地震区。

基础隔震技术是目前世界地震工程界推广应用较多的成熟的高新技术之一。被美国地震专家称为40年来世界地震工程最重要的成果之一，基础隔震技术的使用使建筑在地震中不倒塌真正成为可能，使其成为减轻地震灾害最有效的手段之一。

三、基础防震技术在建筑结构中的应用探讨

3.1基础隔震技术在我国建筑结构中的应用现状

制度方面：基础隔震技术作为一种有效的被动控制技术,以其优良的减震效果及经济适用性得到工程界的普遍认可,经过近20年的基础技术研究和较大范围的工程实践之后，我国的隔震技术已经进入到标准化、规范化阶段，在新修编的国家标准《建筑抗震设计规范》中增加了一章“隔震和消能减震设计”，这是我国第一个隔震建筑设计规范，此外我国还规范了一系列与《建筑抗震设计规范》配套的技术标准，如建设部颁布了《建筑隔震橡胶支座》产品标准，同时符合规范要求的隔震建筑分析软件也已投入使用。

技术方面：目前对隔震结构的研究已经由简单的质点模型发展到三维空间模型。在设计方面，目前仍然采用典型地震波下的时程分析法，计算较繁琐。我国学者周锡元、苏经字等对隔震设计的简化计算方法也进行了研究，在我国新编的建筑抗震设计规范中明确提出了隔震结构设计的简化计算方法。

3.2 基础隔震技术在我国建筑结构中的发展趋势

(1) 新型隔震元件、隔震体系的开发

隔震支座是隔震系统的重要部件，它的安全性、耐久性、经济性决定着隔震技术的应用与推广程度。对所有隔震系统来说，未来研究最重要的领域是隔震器及其组成材料的力学性质的长期稳定性。

(2)隔震结构的经济可行性分析

为了推动隔震结构的广泛使用，在降低隔震系统造价的同时，必须能对隔震结构的经济性能进行准确的定量评估，综合考虑隔震结构的功能、安全、经济因素之间的平衡。

(3)隔震结构分析方法的研究

结构的抗震设计中存在大量不确定性，如外部环境、构件材料性能、截面几何参数和构件抗力以及计算模型的不确定性等。因此，引入随机振动理论、可靠度理论来分析隔震结构是必要的，从而可以深入研究考虑不确定性因素对结构的动力反应和可靠度的影响。

(4)与隔震技术发展相适应的设计规范

隔震设计规范是国家强制执行的标准，反映了国家在隔震设计方面的理论与实践水平，表达了经济与技术的统一。我国的隔震设计规范也在制定和完善中，隔震设计规范一旦的实施一旦成熟将大大推动隔震技术在我国的发展。

四、结束语

我国的基础隔震技术虽然起步较晚，但近几年发展很快，已经有越来越多的学者投入到基础隔震技术研究中，并且取得了不少成果，在实践中的应用也越来越广泛。相比传统以刚克刚的结构抗震设计思想,基础隔震技术开辟了一条以柔克刚的结构抗震新思路。在保证结构安全性的同时,也可降低造价达到经济性的目的，隔震技术改变了目前的结构设计思想，可提供更多的设计方案供人们选择。虽然这些技术尚在发展研究中，但其在工程结构上广泛的应用前景还是相当可观的。