关于建筑隔震结构设计的思考

摘要：本文详细介绍了隔震建筑的概念以及隔震建筑相对于传统建筑具有哪些疑点，并说明了其适用范围、设计要求和注意事项。

关键词：建筑隔震；结构设计；思考

1 隔震建筑的概念

隔震和消能是提高建筑物体耐震抗震的两大途径。消能是利用形变或是可破坏的斜撑杆或是可恢复的阻尼器，将建筑物的震动周期拉长，阻尼比增加，最后达到提高建筑物抗震能力的目的。但是消能的方式并不能很好的解决因地震造成的建筑物楼层间变位造成的墙面破裂、斜撑破坏等问题。而隔震是利用隔震器将地震时所产生的建筑物摆动转换成建筑物对地面的横向位移，地震的能力由隔振器吸收。这样的隔震建筑很大程度的降低了因地震给建筑物带来的扭曲、弯曲变形，降低建筑物摇摆度，从而降低了地震对建筑物构造和设备的破坏。隔震结构就是利用这样的原理，在建筑物基础结构和上部结构之间设置带有阻尼器和隔震支座等隔震装置的隔震层。

隔震技术不仅在新建工程中获得应用，而且已用于现有建筑的抗震加固改造。隔震装置可安装在结构的防火层或设备层，隔震层可设置在结构的不同部位，如基础、中间层等，也可设置在房屋的顶层，同时起到结构加层和抗震加固的目的。由于传统的加固改造技术对结构震后的性能和不可靠程度缺乏准确地了解，故较难达到强度和延性的合理匹配。采用隔震技术对结构进行加固改造，通过在隔震层设置刚度很小的隔震装置，将地震变形集中到隔震装置上，相对于依靠结构本身的较高强度和较低变形来吸引地震能量而言，隔震结构的周期和阻尼都有很多的提高，故加速度和位移反应明显降低。同时，耗能减震加固改造技术，智能材料加固改造技术，以及吸振减震加固改造技术等开辟了房屋加固改造的新途径。

要创造出更加安全、实用、经济美观的建筑，设计建造出具有更加完整，安全系数高以及更加优质美观的建筑，避免地震灾害给人类造成灾难和损失，就必须做好建筑结构的抗震设计。

2 隔震建筑相对于传统建筑具有以下主要疑难点

2.1 高层隔震是否具有隔震效果？我国规范提出的设计反应谱长周期段下降很慢，对于长周期的高层建筑，隔震后虽然周期延长，是否仍具有明显的减震效果值得探讨。

2.2 当结构阻尼比大于5% 时，我国规范中地震影响系数曲线的阻尼调整系数值过于保守，这样势必会造成高层隔震结构地震响应不准确。

2.3 高层建筑倾覆效应明显，隔震支座有可能出现拉应力，而通常采用的叠层橡胶支座的抗拉能力很低，隔震支座受拉问题也是隔震技术在高层建筑中推广应用的主要障碍之一。

2.4 高层建筑重力荷载较大且在罕遇地震作用下竖向构件的轴力变化大，隔震支座的面压变化及其水平位移也很大，如何合理控制隔震支座的面压及稳定性也是高层隔震设计的重要内容。本文针对以上几个关键问题进行分析，指出我国规范中隔震设计相关规定的不完善之处，提出设计建议或改进意见，为规范的修订提供依据。

3 隔震结构的适用范围

3.1 建筑方面

良好的使用功能和独特的建筑风格是一个建筑的魅力所在，但建筑师的创作往往受到结构设计的限制。在地震区，这种限制更为严格。而隔震结构在很大程度上缓解了结构设计对建筑设计的制约。由于隔震层上部的结层间位移小，基本上是钢体运动，这就扩大了上部结构建筑设计的自由度。因此，隔震结构对上部结构的设计没有特别的限制。

3.2 结构方面

隔震结构适合于各种类型的结构。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的限制都比传统结构设计宽松，使隔震层上部建筑的结构形式的选择更为灵活。但由于该技术是增大结构自振周期来降低结构地震反映的，所以，对于周期小、场地特征周期短的建筑，其隔震效果更佳。在砌体房屋和中低层混凝土结构中采用隔震技术，会取得更好的减震效果。

4 建筑结构的隔震设计要求

4.1 设计方案

建筑结构的隔震设计，应根据建筑抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求，与建筑抗震的设计方案进行技术、经济可行性的对比分析后，确定其设计方案。

4.2 设防目标

采用隔震设计的房屋建筑，其抗震设防目标应高于抗震建筑。在水平地震方面，隔震结构具有比抗震结构至少高0.5个设防烈度的抗震安全储备，竖向抗震措施不应降低。

4.3 隔震部件

设计文件上应注明对隔震部件的性能要求；隔震部件的设计参数和耐久性应由试验确定；并在安装前对工程中所有各种类型和规格的部件原型进行抽样检测，每种类型和每一规格的数量不应少于3 个，抽样检测的合格率应为100%；设置隔震部件的部位，除按计算确定外，应采取便于检查和替换的措施。

5 建筑结构的隔震设计的场地要求

隔震建筑属长自振周期结构体系，最好建在主周期短的地基上。建筑场地宜为根据《建筑抗震设计规范》规定，并选用稳定性较好的基础类型。规划设计隔震建筑设置有隔震层，在地震时上部结构会产生位移。因此，外部空间应作包括邻栋间距、碰撞距离、消防及外观的舒适感等安全上的考虑。此外，建筑外墙、设施、坡地、挡土墙等。在场地规划时，也应从适应上部结构位移特性方面考虑。确定建筑物与场地边界线的关系，在可移动范围，部分要避免建筑物与边界围墙接触、碰撞。特别注意上部结构或墙外之间的距离不能过大，避免人的随意钻入；当需要进入时，要有安全措施。建筑物在长期使用过程中，其整个可移动范围内不得堆放任何障碍物。在可移动范围，一般设有建筑的出入口，要注意不能因为上部结构的移动而使人受到伤害，为避免人、车轻易进入（出入口除外），最好设置门墙或指示标记等。

6 建筑结构的隔震设计中的注意事项

隔震建筑结构的设计要明确与非隔震建筑的结构区别，在充分理解的基础上，才能对建筑物的隔震层结构进行规划和设计。建筑物的隔震结构是通过隔震层来吸收大部分的地震输入能量，因隔震层会产生较大的位移，此无论是在建筑规划还是设备规划或是施工规划等诸多方面，都应充分考虑到这种特殊性。隔震层建筑结构设计的规划重点是隔震层性能。而影响隔震层性能的两大因素是阻尼器和隔震支架。隔震层的刚度和阻尼等特性取决于建筑物的目标性能。建筑物是优先考虑居住性能，以人身安全为首要目的，还是以维持维护建筑物内的物品功能为优先选择。不同的目的会影响隔震层性能的倾向。要使分析预测得到的建筑物地震时的反应，能够与各建筑所要求的性能相吻合，设计者必须要将要求性能设定为抗震目标性能，抗震目标性能的设定也就是针对外力作用的基本设计。因此，设定时要充分考虑到基准和标准。

7 结束语

隔震的基本原理橡胶垫基础隔震技术是在建筑物的基础和上部结构之间设置一个隔震层，以阻隔地震能量向上部结构的传导。隔震层由叠层钢板橡胶垫组成。隔震层的作用是增大结构的自展周期，使其远离地震输入的卓越周期，达到降低隔展层上下部结构的地震反应的目的。因此，设置在基础与上部结构之间的隔震层应具备以下功能。足够的竖向承载力和竖向刚度，保证建筑物能够在正常使用下承受结构的竖向荷载，具有较小的水平刚度和充分的变形能力，能增大结构的自震周期，保证良好的减震效果，具有较大的阻尼和较强的复位功能，避免与长期的地震发生共振，具有足够的初始刚度，使建筑物在风荷载和轻微地震作用下能保持稳定。

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