浅谈隔振与消能减震设计

浅谈隔震与消能减震设计

1 引言

地震是威胁人类安全的主要自然灾害之一，地震具有突发性强、破坏性大和比较难预测的特点。目前地震的监测预报还是世界性难题，很难做出准确的临震预报，而且即使做到了震前预报，如果工程设施的抗震性能薄弱，也难以避免经济损失。因此，实施有效的抗震设防是当前防震减灾的关键性工作。

抗震减灾事业的发展，离不开科技进步，提高建筑工程抗震设防水平是一项技术含量高，难度大的工作。从目前的抗震措施来看，主要是保证建筑物结构的抗震性能，达到“大震不倒，中震可修，小震不坏”这一防御目标。为此必须加强科技创新，用新技术来提高和改善建筑物的抗震性能才能达到这一目标。在建筑物中设置隔震层和消能装置来减轻地震破坏这种新型结构体系就是其中之一。本文就这一新结构体系作一简要阐述。

2 “隔震设计”与“消能减震设计”的基本设计原理

2．1 隔震设计

“隔震”即隔离地震。在建筑物基础与上部结构之间设置由隔震器、阻尼器等组成的隔震层，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，降低上部结构的地震反应，达到预期的防震要求。

2．2 消能减震设计

在建筑物的抗侧力构件中(由阻尼器、连接支撑等组成)，通过阻尼器局部变形提供

附加阻尼，吸收与消耗地震能量，来控制预期的结构位移 (中震下或大震下的控制位

移要求)，从而使主体结构构件在罕遇

地震下不发生严重破坏，达到减震的目的，这样的房屋建筑设计称“消能减震设计”。

采用消能减震设计时，输入到建筑物的地震能量一部分被阻尼器所消耗，其余部分则转

换为结构的动能和变形能，这样也可达到降低结构地震反应的目的。

3 “隔震设计”与传统抗震设计的区别

3．1 “隔震设计”与传统抗震设计理念的区别，见表

抗震房屋与隔振房屋设计理念对比表

抗震房屋隔振房屋结构体系上部结构与基础牢固连接削弱上部结构与基础的有关连接

科学思想提高结构的自身抗震能力隔离地震能量向建筑物输入

方法措施强化结构的刚度与延性滤波

通常的建筑物应和基础牢牢地连接在一起，地震波携带的能量通过基础传递到上

部结构，进入到上部结构的能量被转化为结构的动能和变形能，在此过程中，当结

构的总变形超越了结构自身的某种极限时，建筑物便发生损坏甚至倒塌。而隔震建筑

物在地震时，隔震结构的震动和变形均可只控制在较

轻微的水平，上部结构基本处于平动状态，因此，上部结构水平地震作用可采用矩形分布，从而使建筑物的安全得到更可靠的保证。

3．2 对隔震房屋，同样层数且无地下室的多层砖房将增加房屋造价 10 ，考虑隔震后可增加层数，减去土地分摊费用后，单位造价增加约为 5 ，对于框架结构，则因柱截面尺寸和配筋明显减少，房屋造价可减少 3 ～5 。

4 “隔震设计”与“消能减震设计”的主要优点

4．1 隔震体系通过延长结构的自振周期，增大阻尼，减少结构的水平地震作用，按 GB50011—2001 《建筑结构抗震规范》中对隔震设计的要求，隔震一般可使隔震层以上结构的水平地震作用和抗震验算降低 60 左右，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，从而消除或有效地减轻结构和非结构的地震破坏，提高建筑物及其内部设施人员在地震时的安全性，增加震后建筑物继续使用的能力。

4．2 消能减震通过消能装置增加结构阻尼可同时减少结构的水平和竖向的地震作用，适用范围广，

结构类型和高度均不受限制。由于消能装置不改变结构的基本形式，除消能部件和相关部件外的抗

震设计仍可按相应结构类型的要求进行。这样，消能减震房屋的抗震构造与普通房屋相比不降低，其抗震安全性可有明显提高。

5 适用范围

5．1 隔震设计的适用范围

5．1．1 现阶段隔震结构主要用于外型基本规则的低层和多层建筑结构。

对于不隔震时基本周期小于 1．0S的建筑结构减震效果与经济性均最好，对于高层建筑结构效果最差。对于外型复杂的建筑物采用隔震设计时，宜通过模型试验后确定。

5．1．2 建筑场地宜为 I、Ⅱ、Ⅲ类，并应选用稳定性较好的基础类型。

硬土场地较适合于隔震建筑，软弱场地滤掉了地震波的中高频分量，延长结构的周期有可能增

大而不是减小其地震反应。

5．1．3 根据橡胶隔震支座抗拉性能差的特点，需限制非地震作用的水平荷载 (包括风荷载 )，

其标准值产生的总水平力不宜超过结构总重力的 10 ，以保证隔震结构具有可靠的抗倾覆力

5．2 消能减震设计的适用范围

消能部件的置人，不改变主体结构的体系，又可减少结构的水平和竖向地震作

用，不受结构类型和高度的限制，在新建筑物和建筑物抗震加固中均采用。

6 隔震和消能减震设计要求

6．1 设计方案

建筑结构的隔震和消能减震设计，应根据建筑抗震设防类别、抗震设防烈度、

场地条件、建筑结构的方案和建筑使用要求与建筑抗震设计的设计方案进行技术和经

济可行性的综合分析对比，确定其设计方案。

6．2 设防目标

采用隔震和消能减震设计的建筑物，当遇到本地区的多遇地震影响、抗震设防地

震影响和罕遇地震影响时，其抗震设防目标应高于抗震建筑。即：当遭受低于本地区

抗震设防烈度的多遇地震时，一般不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受相当于

本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不修理仍可使用；当

遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的

严重破坏。

6．3 隔震结构的验算

隔震结构应进行大震下的弹塑性变形验算。隔震层以上结构的动力特性应根据

隔震垫的动态刚度和阻尼计算，水平地震作用可根据隔震前后结构周期的比值，比非

隔震结构有所降低，但竖向地震作用力不减少；对丙类建筑，构造措施也可适当降低要

求；隔震层以下的基础应保证大震下不致破坏。

7 结束语

隔震和消能减震设计虽有很多优点，但由于现阶段运用不很普遍，并且它是今年

第一次纳入我国GB50011—2001<建筑抗震设计规范》，为积极稳妥起见，应认真做好方

案比较、论证工作 (包括经济和技术方面 )。