建筑结构减隔震研究与应用

建筑结构减隔震研究与应用

摘要：在传统的建筑中，建筑一般采用的是抗震技术，但是随着近些年来，高

层建筑的出现，人们对安全住房要求的提高，所以慢慢出减震和隔震技术，减隔

震相对于传统的抗震，在实际应用中，有着良好的应用效果。

关键词：减隔震技术；隔震；减震；高层建筑

引言

随着人们生活水平的提高，传统的抗震技术已不能满足人们对安全舒适、高

层建筑的要求，因此科研工作者采取了更为安全合理的减隔震技术。地震是由于

地面的运动从而使地面上原来处于静止的建筑物受到动力作用而产生强迫振动，

在结构中产生内力、变形和位移，从而对建筑物进行损伤甚至进行破坏，危害人

们的安全。

一．国内外建筑减隔震研究现状

建筑隔震技术的快速发展始于20世纪60年代，新西兰、日本、美国等多地

震国家对隔震技术开展深入、系统的理论和试验研究，取得了较好的成果。70年代，新西兰学者W.H.Robinson 率先开发出铅芯叠层橡胶支座，大大推动了建筑隔

震技术的实用化进程。南斯拉夫的贝斯特洛奇小学是最早采用天然橡胶隔震的建筑，隔震垫被设计成方形，且中间无钢板；1984 年，新西兰建成4 层威廉一惠灵

顿政府办公大楼，它是世界上首座以铅芯叠层橡胶垫做隔震元件的建筑物；同年，美国利用新西兰技术第一个用建筑隔震方法对盐湖城市政大厦进行抗震加固到20 世纪90年代，全世界至少有30 多个国家和地区开展建筑隔震技术的研究，并在美、日、法、新、意等20 多个国家修建了数百座隔震建筑物。其中，日本的技

术发展最快、技术最成熟，也是应用最广泛，特别是在1995年神大地震和2011

年东日本大地震中，采用橡胶支座隔震的建筑，经受住地震的考验，隔震性能良好。我国目前应用最的就是橡胶隔震以及TMD阻尼器之类的，并取得了很好的

减隔震效果。建筑隔震技术得到日本政府的大力推广，不仅应用于政府办公大楼

和医院，而且也越来越多地应用到住宅建筑。

二．建筑结构减隔震的原理

建筑减震（结构消能减震技术）是在结构物某些部位（如支撑、剪力墙、连

接缝或连接件）设置耗能装置（阻尼器），通过该装置产生摩擦，弯曲（或剪切、扭转）、弹塑性（或黏弹性）滞回变形来耗散或吸收地震输入结构的能量，以减

小主体结构的地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，达到减震控制的目的。

打个比方，减震产品（阻尼器）就类似于汽车或者摩托车的避震器，能够消耗或

者吸收一部分地震能量，从而减小地震对建筑的影响。按阻尼器耗能机理不同，

阻尼器可分为速度相关型阻尼器、位移相关型阻尼器和复合型阻尼器三大类。速

度相关型阻尼器的耗能和速度相关，类似注射用的针筒推的越快，阻力越大。位

移相关型阻尼器的耗能和位移相关，通常金属类阻尼器都是位移型，金属的形变

越大，耗能越显著。复合型阻尼器阻尼器是综合了上述两者的特性。

建筑隔震技术就是在建筑物的基础或下部结构和上部结构之间设置隔震装置（由隔震器、阻尼装置等组成），形成隔震层，隔离地震能量向上部结构传递，

减少输入到上部结构的地震能量，同时延长上部结构的自振周期，降低上部结构

的地震反应，达到预期的抗震防震要求，使建筑物的安全得到更可靠的保证。采

用隔震技术，不仅可以保证建筑结构的整体完整、防止非结构构件的破坏，还能

避免建筑物内部结构、设施的破坏以及由此引起的次生灾害。工程试验经验和近

10多年的地震灾害损失案例表明，隔震技术能有效降低地震对建筑物水平方向的

破坏，采用隔震技术的建筑物，基本可以保证房屋在大地震中不倒塌。采用隔震

技术可以减少房屋建筑物上部结构的地震作用50%-80%。而且“地震越大，隔震效果越好”。常见的隔震方法有：基础隔震、地基隔震、上不结构隔震等，而实际中使用最多的便是橡胶隔震，广泛应用于桥梁和重要建筑中。

三．隔震结构设计

（一）工程概况

地上4层，结构形式为框架结构，建筑高度11.9米。地震信息：设防烈度为

8度（0.3g），场地类别 II 类，砼框架抗震等级为一级，剪力墙抗震等级为一级，钢框架抗震等级为二级，风荷载信息：地面粗糙度类别 B，修正后的基本风压

（kN/m2）为0.40。拟通过采用隔震设计方案，使结构在当地8度（0.3g）抗震

设防烈度下按降低一度（即7度0.15g）进行设计。隔震层单独设置，采用基础

隔震的方式。为便于日后维护和检修，隔震层梁底到地面净高取800mm，隔震层层高为1.6m。

（二）地震波的选取

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）规定：采用时程分析法时，应按建

筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程，其中实

际强震记录的数量不应少于总数的2/3，多组时程的平均地震影响系数曲线应与

振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。

（三）软件建模

（四）分析结果

1.结构周期：

2.结构层间剪力

四．结论

通过对国内外减隔震技术的研究以及软件仿真，我们了解到，减隔震技术相当于传统的

抗震性能有很大的提升，能较好的满足人们对于建筑安全性能的要求，能较好的增大结构的

抗剪能力。但也有某些不足之处，造价相对于传统的抗震技术，成本相对提高不少，对技术

要求也较高。因此在后续的研究中，可以在保证安安全的同时，减低减隔震的设计和建造成本。

参考文献：

[1]丰定国，王社良.抗震结构设计[M].武汉：武汉理工大学出版社，20.

[2]日本隔震构造协会.隔震结构入门[M].1995.东京：OHM出版社.

[3]周福霖.工程结构减震控制[M].北京：地震出版社，1997

作者简介：余周（1993-），男，汉族，湖北黄冈人，广州大学硕士研究生，研究方向：

建筑减隔震。