隔震技術及其應用

摘要：隔震技術作為一種全新的抗震技術，近年來，在國內及國外多地震國家得到大力推廣應用。通過對其工作原理的分析，優越性的闡述，并舉例對基礎隔震進行經濟分析，進一步闡述其良好的安全性和經濟性。

關鍵詞：隔震技術；原理；優越性；應用

１概述

長期以來，對于建筑物抗震設計，主要采用抗御的方法，即加強結構的抗側力系統，增大結構的剛度、承載力和延性，以增強其抗御地震的能力。采用這種方法時，需加大結構構件的截面尺寸，因而也需增加材料消耗和提高工程造價。同時采用這種方法時，由于結構剛度的增大，地震對結構的作用也增大，因此，其有效性也受到了限制。因此，在強烈地震作用下，結構的破壞是難免的，甚至是嚴重的。

為了克服上述抗御方法的嚴重缺陷，近年來，對于建筑物的抗震設計中，采用減震措施，以減輕和抑制結構在地震作用下的振動的方法獲得了較快的發展。在新頒布執行的《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2001）中增加了“隔震與消能減震”的內容。

隔震即隔離地震。在建筑物基礎與上部結構之間設置一層柔性底層（隔震層），把房屋結構與基礎隔離開來。在強烈地震發生時，通過隔震層的位移來減低上部結構的地震作用，地震反應很小，結構構件和內部設備都不會發生破壞或喪失使用功能，從而保證建筑物的安全。

2隔震技術原理

隔震技術的機理是在建筑物的基礎部位設置隔震層，以阻止地面運動傳遞到上部結構，減輕上部結構的振動?；A隔震裝置很多，而橡膠隔震支座的隔震技術是目前國內外研究及應用中一種較成熟技術。它通過把橡膠隔震墊安放在基礎底部和基礎（或底部柱頂）之間，把上部結構和基礎“隔開”。這樣，就改變了結構的動力特性和動力作用，明顯地減輕結構物的地震反應，達到“以柔克剛”消能減震的作用。

當地面發生劇烈地震時，橡膠隔震墊在地震動力的作用下發生水平位移，而且反復位移的方向與地震反復產生的動力方向相反，從而不僅消耗了地震能量，而且使建筑物上部結構從激烈的、由下到上不斷放大的晃動變為只作長周期的、緩慢的、整體水平平動，因而上部結構在強震中仍處于彈性狀態（見圖1），這樣，既能保護結構本身，也能保護結構內部裝飾、精密儀器等不遭任何損壞，確保建筑結構物和生命財產在強震中的安全。橡膠隔震墊體系的建筑結構在地震時，加速度反應只相當于傳統抗震結構（基礎剛性固定）加速度反應的1/4~1/12，也就是至少可以使上部結構承受的地震烈度降低1.5~2度，有效地起到了抗震作用。

3隔震體系的優越性

與傳統的抗震結構體系相比較，隔震體系具有下述優越性：

3．1顯有效地減輕結構的地震反應：從震動臺地震模擬實驗結果及已建造的隔震結構在地震中強震記錄得知，隔震體系的上部結構加速度反應只相當于傳統結構（基礎固定）加速度反應的1/4~1/12（周福霖，1983；Kelly，1986；日本免震協會，1996）。這種減震效果是一般傳統抗震結構所望塵莫及的，從而能非常有效地保護結構物及內部設備在強地震沖擊下免遭毀壞。

3．2保安全： 采用基礎隔震后，房屋的抗震設防標準將高于相應的非隔震房屋，亦即采用基礎隔震的房屋將比相應的非隔震房屋更為安全可靠。具體地說，在強烈地震作用后，采用基礎隔震的房屋將無須修理，且不喪失使用功能，而相應的非隔震房屋將嚴重破壞。

3．3抗震措施簡單明了：抗震設計的對象從考慮整個結構物的復雜的不明確的抗震措施轉變為只考慮隔震裝置，簡單明了，設計施工大大簡化。

3．4降低房屋造價：由于隔震體系的上部結構承受的地震作用大幅度降低，使上部結構構件和節點的斷面、配筋減少，構造和施工簡單，大大節省造價。雖然隔震裝置需要增加造價（約5％），但建筑總造價仍可降低。從汕頭、廣州、西昌等地建造的隔震房屋得知，多層隔震房屋比傳統多層抗震房屋節省土建造價：7度區節省1~3％；8度區節省5~15％；9度區節省10~20％，并且安全度大大提高。

由上述可見，對于多層房屋，采用基礎隔震技術既具有顯著的經濟效益，又具有顯著的社會效益。

4隔震技術的應用

隨著隔震技術的發展，從98年以來，在東南大學和南京建工學院專家們的指導下，我市已對多項工程進行了隔震技術應用的試點，取得了大量的第一手資料，收到了良好的經濟和社會效益。

徐塘電廠16#職工宿舍樓為徐州市建委指定的隔震技術試點工程，并于1999年當年設計當年完工。徐塘電廠所在地抗震設防烈度為8度遠震，依據《建筑抗震設計規范》（GBJ 11-89）底框架磚房層數限值為五層，即一托四，為了最大限度提高土地的使用價值，滿足更多的住戶需求，決定采用隔震技術，從而將抗震設防烈度降低1度，即按7度區進行設計，使一托五的設計成為可能，無論是建筑的安全性，還是經濟性均得到了提高，并逐漸受到大家的歡迎。

小結

隔震體系通過延長結構的自震周期能夠減小結構的水平地震作用，已被國外強震記錄所證實。同時，國內外的大量試驗和工程經驗，為隔震技術的推廣運用打下了堅實的基礎，推動了隔震技術的產業化、標準化的進程。

采用橡膠隔震墊的基礎隔震技術作為一種成熟的新技術，近年來，在我國得到了大力發展，已有近百棟房屋采用了隔震技術，尤其在抗震設防高烈度區，其安全性和經濟性更為突出。它既適用于各種工業、商業和一般民用建筑，也適用于構筑物、橋梁、鐵路及地鐵、電力設備、賓館內設備抗震、避震等工程，既適用于砌體結構，也適用于框架結構或框架砌體結構，還可以用于結構加層、移位建筑中。而且，在設計、施工和產品等方面已完全有保證。目前，該項技術已應用到高層建筑，如汕頭博物館大樓12層，42米高，建筑面積18000m2。因此，基礎隔震技術是一種運用廣泛、值得推廣的新技術。

參考文獻

[1]鄒立華等，組合隔震結構的振動控制研究，振動與沖擊，2005.2.

[2]謝禮立，馬玉宏，現代抗震設計理論的發展過程，國際地震動態，2003.10.

[3]周福霖，高層建筑結構減震控制優化設計新體系.

[4]日本免震構造協會，隔震結構入門.

[5]謝禮立，馬玉宏，現代抗震設計理論的發展過程，國際地震動態，2003.10.

[6]唐家詳，隔震與消能減震結構的設計規定1999.9.