建筑隔震技术设计要点之浅析

建筑隔震技术设计要点之浅析
建筑隔震技术设计要点之浅析
摘要：目前，一种以柔克刚的新型抗震技术――隔震技术，正日益受到人们的关注。

本文在分析了建筑抗震结构设计的基本原则的基础上，重点介绍了建筑隔震技术的原理、优点以及在地震区的应用设计方法。

关键词：抗震设计；基本原则；隔震技术
Abstract: At present, a new type of seismic isolation technology -- a killing with kindness, people pay more and more attention. Based on the analysis of the basic principle of seismic structure design, mainly introduced the principle, advantages and application of seismic isolation technology architecture design method in seismic zone.
Key words: seismic design; basic principle; isolation technology
中图分类号：TU74
1、建筑抗震结构设计的基本原则
1.1 结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能。

①结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱（墙）”的原则。

②对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。

③承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

1.2 尽可能设置多道抗震防线。

①一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。

例如框架―剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成，双肢或多肢剪力墙体系组成。

②强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。

抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系
列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。

③适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力。

④在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小，改变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。

1.3 对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。

①构件在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础。

②要使楼层（部位）的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层（部位）的比值有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。

③要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调。

④在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层（部位），使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。

2、建筑隔震结构设计分析
2.1 结构设计参数。

建筑隔震橡胶支座结构设计时的主要参数有：
①形状系数，第一形状系数S1主要体现薄钢板对橡胶板的约束效果，第二形状系数S2主要反映橡胶支座在受压时的稳定性。

根据国内外研究成果和工程经验，一般取S1≥15，S2=3～6。

②外形尺寸。

已有研究结果表明：橡胶支座发生的水平变形在高达支座平面尺寸的60％时也是安全的，因此推荐的支座直径为
D=DT/O．6(DT为最大水平位移)。

实际应用中，一般取D=DT／O．55。

橡胶支座的高度日可以根据形状系数和其他有关参数设定，对于
Φ400、Φ500、Φ600的支座，一般H分别采用150mm、175mm和200mm 比较合适。

③夹层钢板厚度。

橡胶支座的破坏表现为夹层钢板的断裂，钢板越厚，钢板发生屈服强度和屈服的位移量越大。

钢板的厚度t。

一般
为2～4mm。

④胶层厚度及层数。

在一定范围内，橡胶支座夹层钢板与胶层厚度之比越大，则支座的竖向承载力越大。

⑤铅芯直径。

铅芯的大小直接影响到支座的阻尼，可以根据设计的阻尼性能选定。

2.2 性能设计参数。

橡胶支座的性能设计指标主要是指承载能力、刚度、阻尼特性等。

①竖向承载力。

橡胶支座的S1越大，或者钢板抗拉强度越高、钢板与橡胶板的厚度比越大，则竖向承载力越大。

②压剪承载力与水平位移。

压剪承载力是指橡胶支座在发生某一规定的水平变形下的竖向承载力。

在竖向压应力为10～15MPa情况下，一般要求当支座的极限水平剪切变形达到350％时，橡胶支座也不会出现压剪破坏。

③水平刚度。

橡胶支座的水平刚度KH．受橡胶材料性能、支座形状系数及压剪条件等诸多因素的影响。

当支座S1≥15，S2≥5，竖向压应力≥15MPa，设计剪切应变≤350％时，可以按剪切情况计算KH。

④竖向刚度。

为确保支座在使用中不产生过大的竖向压缩变形，必须保证支座有足够大的竖向刚度Kv，一般由建筑结构设计时提出。

影响Kv的主要因素有橡胶的硬度及弹性模量、支座形状系数（S1、S2），以及竖向压应力和水平剪切变形。

⑤阻尼特性（阻尼比）。

橡胶支座的阻尼比基本上代表了隔震结构体系的阻尼比。

MRB、HD-MRB和LRB的阻尼比分别为3％～5％、10％～15％、20％～30％，因此LRB不需匹配阻尼器便可单独使用。

2.3 橡胶与钢板的黏合技术。

隔震橡胶支座是由薄钢板和薄橡胶板交互叠合、模压硫化而成，钢板与橡胶板的黏合强度关系到支座在承载时钢板对胶层的约束效果及在发生地震时的变形能力，因此黏合强度极为重要。

目前钢板采用喷砂处理，涂上由含卤聚合物弹性体、黏合增进剂和偶联剂等组成的热硫化胶黏剂。

双涂比单涂更佳，黏合强度一般都在15kN?m-1以上。

3、建筑隔震技术设计要点
3.1 “基础隔震”的基本原理
现代建筑“基础隔震”概念的基本原理是在建筑物上部结构与
基础之间设置安全可靠的隔震柔性底层，使建筑物与基础隔开。

这样，支撑在隔震系统上的整个建筑物在地震时便具有较大的剪切变形能力，使地震的各种破坏力对上部建筑物的直接拉力降至最小，减小上部结构的地震反应（一般可减小至1／5左右），确保建筑物在任何突发强地震中不被破坏和倒塌，是一种立足于“隔”的以柔克剐、以隔减震的积极抗震的方法。

可以说，从“抗”到“隔”，是抗震设防策略的一次重大改变和飞跃。

3.2 隔震体系的优点。

①明显有效地减轻结构的地震反应。

隔震体系的结构加速度反应只相当于传统结构（基础固定）加速度反应的l／3～1／10。

这种减震效果是一般传统抗震结构所望尘莫及的。

从而能非常有效地保护结构物或内部设备在强地震冲击下免遭任何毁坏。

②确保安全。

在地面剧烈震动时，上部结构仍能处于正常的弹性工作状态。

这既适用于一般民用建筑结构，确保居民在强地震中的绝对安全，也适用于某些重要结构物和重要设备。

③减低房屋造价。

采用隔震技术建造的房屋比传统抗震房屋节省房屋土建造价：7度区节省3％-6％，8度区节省8％～14％，9度区节省15％～20％。

并且安全度大大提高。

④抗震措施简单明了。

抗震涉及的对象从考虑整个结构物的复杂的不明确的抗震措施转变为只考虑隔震装置，简单明了。

结构物本身与一般非地震区的做法无疑，设计施工大大简化。

⑤震后修复方便。

地震后，只对隔震装置进行必要的检查更换。

而无需考虑建筑结构物本身的修复，地震后可很快恢复正常生活或生产，这带来极明显的社会效益和经济效益。

3.3 建筑隔震橡胶支座隔震的基本原理
在众多基础隔震构件中，建筑隔震橡胶支座是应用比较广泛的。

隔震橡胶支座是由柔软的薄橡胶板和坚硬的薄钢板分层交替叠合、模压硫化而成。

其中橡胶层与钢板紧密黏结，当橡胶支座承受上部结构的自重和使用荷载时，橡胶层的横向伸展受到钢板的约束，竖向刚度
增大，使橡胶支座具有足够的竖向刚度和承载能力，有利于稳定地支承建筑物；当橡胶支座承受水平荷载时，其橡胶层的相对位移大大减小，使橡胶支座可达到很大的位移而不致失稳，并且保持较小的水平刚度。

4、结束语
综上所述，建筑隔震橡胶支座隔震技术不仅可以保证建筑物结构的整体安全，并且能够防止非结构部件的破坏，避免建筑物内部装修、室内设备的损坏及由此引发的次生灾害。

加快这一技术的推广应用，特别是在高烈度地震区的应用具有重要意义，市场前景也十分广阔。

参考文献：
[1] 曹广明, 何嘉焱. 浅谈多层砖混建筑抗震设计的几点要求[J]. 黑龙江科技信息, 2010,(18).
[2] 李瑞明. 关注地震灾害强化建筑抗震设计[J]. 中国新技术新产品, 2009,(14).
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