隔震減震措施與研究方法探討

（南昌航空大學土建學院 江西 南昌330063）

摘要：本文結合傳統的結構抗震設計，指出了新型建筑結構的隔震減震技術具有良好的發展前景，詳細地闡述了目前常用的隔震、減震技術，以推廣建筑結構的隔震減震技術。

關鍵詞：隔震結構消能減震隔震系統

1、隔震減震房屋的特點

與傳統的抗震房屋相比，隔震減震房屋有如下特點：

(1)結構安全可靠。隔震減震房屋地震加速度反應相當于傳統的結構地震加速度反應的1/10—1/3。當地面強烈震動時，上部結構的地震反應減少，處于正常的彈性工作狀態，不會發生破壞或使結構喪失功能，室內人員不會感到強烈震感。

(2)降低建筑物造價。由于隔震作用使上部結構的地震反應大大降低．從而降低上部結構的造價，綜合造價也降低，據國內多層隔震房屋的統計，7度區可節約投資3—6％；8度區節約投資8一14％；9度區節約投資l5—20％。

(3)施工方便。目前廣泛采用的是橡膠隔震墊，只需在建筑物的基礎與上部結構之間，或是在一層柱頂與二層樓層之間增設一高度不大的隔震層，該隔震層由上下連接件、橡膠隔震墊、托梁組成。安裝簡便，經濟實用。

(4)便于修復。目前的隔震裝置有橡膠支座、滾動隔震、摩擦滑移隔震、支承式擺動隔震、混合隔震裝置等。其中橡膠隔震墊具有與工程結構本身相當的耐久性，正常情況下，無需對其維護和修理。當發生地震時，隔震墊會發生錯動，震后只需對隔震墊進行必要的檢查更換，而無需對上部結構本身進行修復，保證人們正常的生活秩序。國內外應用于建筑結構、橋梁、設備等的隔震工程中，絕大多數采用“夾層橡膠支座”隔震技術，且已成功經受了地震考驗，成為一項比較成熟的隔震技術。

2、隔振與減震技術措施

2.1隔振技術措施

隔震的主要作用是：一方面在豎向支撐建筑物的重量。另一方面在水平向具有彈性，能提供一定的水平剛度，延長建筑物的基本周期，以避開地震的卓越周期，降低地震反應，能提供較大的變形能力和復位能力。阻尼器的主要作用是吸收或消散能量，抑制結構產生大的位移反應，同時在地震作用下使隔震器迅速復位。

(1)軟墊式隔震

軟墊式隔震是在房屋底部設置若干個帶鉛芯的鋼板橡膠塊隔震裝置，使整個房屋坐落在軟墊上。與傳統結構相比，在結構底部設置軟墊式隔震裝置的樓房在遭遇地震時，樓房底面和地面之間產生相對水平位移，房屋自振周期加長，主要變形都發生在軟墊處，上部結構層間側移變得很小，從而保護結構免遭破壞。

(2)滑移式隔震

滑移隔震體系是指在上部結構和建筑物基礎之間設置一個滑移面，并在滑移面上使用摩擦系數較小的摩擦材料（鋼珠、石墨等），允許建筑物在發生地震時相對基礎作整體水平滑動，使結構與基礎解鎖，起到隔離地面運動的作用。同時建筑物在滑動過程中通過摩擦耗散了地震能量，有效限制能量向上傳遞和向下反饋，從而達到減震的效果。

(3)擺動式隔震

擺動式隔震是將基礎支撐在可擺動的短柱群或樁基上，或者將基礎設計成底部呈球狀的整體，并在基礎側面采用圓形彈簧作為阻尼器。在地震作用下，基礎可產生一定的傾向和擺動，即以低的剛度控制結構的反應，延長自振周期，從而減輕地震作用。此種擺動隔震方式實際上是柔性底層概念的改進和引伸。

(4)懸吊式隔震

懸吊式隔震是將整個結構物懸掛在巨型鋼架或鋼筋混凝土內筒上，地震時，懸掛物和支撐協同工作，從而大幅度減少建筑物所受到的地震慣力。其中應用最廣泛的是多層懸掛樓板結構，主要用于公共和生活建筑。

2.2 減震技術措施

目前，在實際建筑工程中應用較多減震措施主要有三種：

(1)提高結構阻尼

結構的彈性地震反應，是結構阻尼和周期的函數。它隨結構阻尼比的增大和自震周期的加長而減小。結構阻尼對于消減最大共振反應極為有效。結構的阻尼是隨所有材料、結構類型、地基土質和振動性質而變化，在高層建筑設計時應選用具有較大阻尼結構類型和體系。

(2)采用高延性構件

一個建筑耐震與否，主要取決于這個結構“能量吸收與耗散”能力的大小，而它又取決于結構延性的大小，也就是說，結構的抗震能力是由承載力和變形能力兩者共同決定的。地震反應分析的著眼點應該是變形能力，當地震力達到結構屈服抗力以后，目前高層建筑設計過程中主要采用強柱弱梁、強節點弱構件與強化梁柱塑性鉸的方法來提高建筑結構延性。

(3)附設耗能裝置

耗能減震技術主要通過在結構的某些部位增設耗能器或耗能部件，為結構提供一定的附加剛度或附加阻尼，在地震作用下主要通過耗能部件來耗散輸入結構的能量，以減輕結構的動力反應，從而更好地保護主體結構的安全，是一種有效、安全、經濟且日漸成熟的工程減震技術。目前開發的耗能裝置主要有金屬耗能器、摩擦耗能器、粘彈性耗能器、粘滯耗能器，前兩種耗能器的耗能特性主要與耗能器兩端的相對位移有關，稱為位移相關型耗能器，后兩種耗能器的耗能特性主要與耗能器兩端的相對速度有關，稱為速度相關型耗能器。此外，研究人員還結合以上各類耗能器的耗能機制和特性，研究開發了具有多種耗能機制的復合型耗能器。

3、隔振和減震技術存在的問題

(1)盡管隔震技術己取得了長足進步，但由于其會使結構的固有周期延長，在軟弱場地和下部結構變形過大的情況下應慎用。

(2)豎向地震荷載對隔震結構的影響尚不十分清楚，隔震裝置在豎向地震作用下的反應還有待進一步探討，大跨度結構采用隔震裝置的地震反應需深入研究。

(3)阻尼器及耗能器性能還有待加強，減震技術與新型、復雜、特殊結構結合，形成新減震結構體系還需進一步探索。

(4)高層建筑隔震減震量測技術和實用化分析技術還應進一步加強。

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