浅析隔震技术在建筑结构中的应用

浅析隔震技术在建筑结构中的应用

发表时间：2017-10-30T09:05:24.103Z 来源：《基层建设》2017年第20期作者：张威[导读] 摘要：随着建筑技术的不断发展，当代的中国建筑体系中，对建筑抗震结构有着明确的相关要求。

中南建筑设计院股份有限公司湖北省武汉市 430071 摘要：随着建筑技术的不断发展，当代的中国建筑体系中，对建筑抗震结构有着明确的相关要求。在这个需求层面上，隔震技术成为了当下实现建筑抗震的主要技术措施之一。在本文中，笔者将根据自身的工作经历，对我国当下我隔震技术在建筑结构中的具体应用做详细的技术分析，以期为同行的工作人员提供相关借鉴。

关键词：隔震技术；建筑结构；

前言

随着房地产行业的迅速升温，建筑技术受巨大的社会资金推动力下迅速地发展，当下我国的建筑建设技术已经成为国际上少有的行业焦点之一。在这样的市场态势下，建筑建设的相关项目将不断增多，这对建筑设计与施工单位而言，既是难得的发展机遇，也是巨大的挑战。在当下我国的建筑制度中，建筑抗震为建筑必备的主要性能之一。因此，隔震技术作为实现大幅度提高建筑抗震性能的技术措施之一，受到了人们越来越多的关注。但随着我国建筑体系的不断发展，建筑的规模也模型也随之不断地发生着变化，相应的隔震技术在这个过程中与建筑的整体匹配程度与发生了变化。因此，有必要对当下的隔震技术在建筑结构中的具体应用做详细的技术分析，以期实现我国未来建筑结构的整体发展。

1隔震技术分类

隔震技术的发展和应用是现代科技进步，特别是地震工程研究成果促成的。特定场址地震反应谱分析技术的发展，使人们可以相当准确地提出用于结构动力分析的地震动参数；用计算机进行结构动力反应分析的技术，使设计人员可以对所设计的结构进行各种模拟分析，从而获得结构的和隔震层的动力反应，正确选择各项设计参数；能量耗散装置和高质量的层合弹性支座设计制造与试验技术，为隔震层的设计与建设提供了范围广泛的隔震设计部件；振动台试验技术使结构在完成前就能对其进行试验验证，提高设计的可靠性。隔震技术就是在这些现代科学技术的基础上发展起来的。目前，结构的隔震方法可分成三大类，即地基隔震、建筑物基础隔震和上部结构隔震。

1.1 地基隔震方法

地基隔震可分为绝缘和屏蔽。绝缘是利用软弱地基或像人工地基那样较软的地基有降低输入加速度的性质，在地基自身中降低输入波的方法，但设计时首先必须保证地基对建筑物的支承强度和基础沉降量不超过允许值。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。这两种方法都是以地基为对象，用以减少地震波输入，实际工程设计中应用较少。Frand Lloyd Wright 于 1921 年主持设计建造的日本东京帝国饭店就是利用此种方法[5]，该工程的建设场地地表土层厚约 2 5m，有良好的承载力，在该层的下面是一层软弱淤泥层，Wright 使用了与当时的设计思想完全不同的方法，把软弱层用作地基下的软垫，以消除东京地区可怕的地震动作用，通过设计特殊的短桩基础，把紧密排列的短桩穿透持力层到达软弱淤泥层的表面，这样，建在短桩基础上的帝国饭店就像战舰浮在海洋上一样浮在软弱淤泥层上。这个建筑的隔震设计是十分成功的，在 1923 年关东大地震中，该饭店显示了良好的隔震性能，在其它建筑普遍受到严重破坏时，该建筑保持完好。由于目前房屋建筑向多高层发展，地基隔震技术的推广应用受到了很大的局限。

1.2建筑物基础的隔震

所谓基础隔震是在上部结构与基础之间设置某种隔震消能装置，以减小地震能量向上部结构传输，从而达到减小上部结构振动的目的。隔震装置由支承和减震阻尼器两部分组成，前者稳定地支承建筑物的自重，后者在地震时抑制较大的变形（限位和耗能），地震结束时则起到迅速中止晃动的作用（复位）。有时，隔震装置是兼有支承和减震阻尼两种作用的特殊支座，如目前技术较为成熟并被多数国家认可且运用于许多实际工程的叠层钢板橡胶等。自从南斯拉夫于 1969 年采用纯天然橡胶隔震支座所建成的现代最早的隔震建筑贝斯特洛奇小学及 1981 年世界上首座铅芯橡胶垫作为基础隔震装置的新西兰Willian Clayton 政府办公大楼以来，迄今为止，伴随着材料技术的发展，以性能可靠的橡胶隔震支座为代表的隔震元件的诞生，隔震技术越来越多地应用到建筑物和桥梁上。在 1994 年洛杉矶北岭地震和1995 年阪神地震中，采用橡胶支座的隔震建筑表现了令人惊叹的隔震效果。

1.3建筑物上部结构的隔震方法

主要有能量吸收和附加振动体两种方法。能量吸收法是在上部结构的任意层设置阻尼器，通过阻尼器以吸收地震能量来控制预期的结构变形，从而使主体结构构件在罕遇地震下不发生破坏，此外，可变形的抗震墙亦属能量吸收型。附加振动体方法是在任意层楼面上附加摆动式的振动体，在屋面上附加弹簧质量系的振动体，构成新的振动体系，将振动由结构本身向附加振动体转移，这种附加振动体对地震和风等外力的抑制都有效。

2高层建筑隔震技术的应用研究

隔震技术的应用研究在土木工程领域中占有重要的地位，目前主要被应用于多层房屋的减震中，通过以往发生的地震其有效性得到了很好的验证。随着经济的发展，在人口密集的经济发达地区，高层建筑等得到了飞速的发展，由于高层建筑具有结构刚度较小等特点，其动力特性与普通的多层结构有着明显的区别，因此近年来隔震技术在高层建筑结构的应用研究正日益被提上日程。

建筑物的高度和跨度不断增加，体型越来越复杂，结构抗震分析与设计难度不断增加，房屋建筑结构正向着高层、轻质和高强的方向发展，结构的刚度和阻尼大大减小，在地震荷载作用下，结构反应增大，高层建筑物抗震问题越显重要。我国许多已建和在建的高层建筑位于强震区，面临地震灾害威胁。传统抗震方法依靠结构本身性能，即结构的强度、刚度、变形能力和耗能能力来抵御动荷载，由于所受动荷载的不确定性，使所设计建造的结构

有可能不满足功能和安全性的要求，即使能够保证主体结构的安全，也不能保证室内设备和装修的安全。在人民生活水平日益提高提高的今天，室内外装修的投资往往超过建筑结构的投资，甚至是好几倍。汶川大地震后的震灾调查表明，地震后高层建筑墙体开裂、室内设备和装修破坏的情况非常普遍，尽管主体结构没有破坏，但震灾损失仍然很大。特别是复杂而不规则的高层结构体系，在地震作用下容易产生薄弱部位，引起结构的严重破坏甚至倒塌，造成严重的人员伤亡和巨大的经济损失。因此，高层建筑的隔震成为近几十年来国内外的研究热点。高层建筑物采用隔震体系改变了传统的采用承重结构体系直接抵御地震作用的思路，能够更有效地保护房屋结构以及室内设备的安全，具有传统抗震技术无可比拟的优越性。