淺談隔震建筑比抗震建筑的優越性

李靜　周曉雁

摘 要： 隔震技術是近幾十年來地震工程最重要的成果之一，是一種經濟、可靠、有效的防震減災技術，因此世界各國都在研究抗震減災技術，致力于提升建設工程的抗震設防水平，提高建設工程的抗震能力。

關鍵詞： 隔震技術 隔震建筑 抗震建筑

地震是一種頻發的自然災害。據統計，世界上每年平均發生嚴重破壞的地震約18次以上，平均每年有10000人受害于地震災害。我國是地震頻發的國家之一，已經發生過破壞性地震的城市占總數的10%，為了防止地震對建筑物的危害，傳統方法是使用相應的抗震結構體系，但因為它是一個“被動防震”的方法，仍然有許多不足之處，所以，當地震力量來臨的時候，不能很好地減震、消震，減弱地震能量。隔震技術開始應用與建筑，在過去的幾十年中，經過歷次地震檢驗，隔震設計的建筑，耗散地震能量效果顯著。

1.隔震基本概念

隔震，是通過某種隔離裝置將地震動與結構隔開，達到減小結構振動的目的。隔震建筑是在建筑物基礎和底部、下部與上部之間設置由隔震器、阻尼裝置等安裝的隔震層，地震能量向上部結構傳遞時減少上部結構的地震能量，達到預期防震的要求。

2.隔震結構與抗震結構對比

2.1隔震結構與抗震結構安全性對比

建筑物設計早期，設計尚處于靜力設計階段，此時尚無抗震結構這個說法，結構依靠的是自身剛度抵御外界水平和豎向荷載，建成的結構都是所謂的“剛性結構體”。然而，靜力理論設計的房屋在歷史許多地震受到重大損失。隨著科技的進步及房屋層高的不斷增大，人們開始考慮建筑抗震問題。20世紀50年代初，隨著強震儀的出現和結構動力特性的不斷深入研究，提出了沿用至今乃至今后的“延性結構設計”。這種理論思想是在一定程度上控制結構體系的剛度，允許結構在中大震時發生變形，從而將地震能量以動能的形式耗散掉，保護建筑物不至于倒塌。因此，在傳統抗震設計基本要素中，首先是保證建筑物要能持續支持自身重量，其次是通過結構構件的強度和延性吸收地震輸入的能量。

但是，抗震結構有不可彌補的致命弱點：雖然能在地震中不至于倒塌，但是它允許結構變形，甚至嚴重破壞。因此，每當地震時，傳統抗震結構通過混凝土裂縫及鋼筋屈服形式吸收地震能量，多數情況下建筑物內過大的加速度、速度和層間變形會使建筑物內部遭到毀滅性破壞，地震后存在較大的殘余變形，建筑物功能難以維持，震后維修費用大大增加。

2.2隔震結構與抗震結構受力與變形對比

抗震結構在地震中的糟糕表現，促使全世界人們不斷思考，隔震結構體系從此應運而生。隔震結構的基本是通過在基礎結構與上部結構之間設置“隔震層”，使地震時上部結構與地基水平震動分離，從而保護上部結構。目前國際上應用較多的是基礎隔震建筑。通過在隔震層設置隔震支座和阻尼器等隔震裝置，其中隔震支座能夠安定持續地支撐建筑物重量、追隨建筑物的水平變形，并且具有適當的彈性恢復力，而阻尼器能夠用于吸收地震輸入能量，因此耳針結構是一種遵循并超越抗震設計思想的結構形式。當結構遭受罕遇地震時，作用于上部結構的水平力比一般結構要小得多，因此很容易對上部結構進行彈性設計。即使遭受罕遇大地震時，隔震結構也能維持上部結構的功能，確保建筑物內部財產不遭受損失，保障生命安全。

隔震結構抵御地震的強大能力已在日本、美國、中國等許多國家得到驗證。隔震體系優良的抗震能力表明，未來的結構抗震設計將以隔震體系全面替代傳統抗震體系。隔震結構是一種將房屋部分作為上部結構，隔震層和地基作為下部結構的二重結構。

傳統抗震結構與隔震結構地震位移反應與層間剪力如圖1所示。隔震結構的顯著特點是結構變形集中在隔震層，上部結構層間相對位移十分小，剪力分布均勻。傳統結構中，上部結構的加速度反應是地表加速的兩三倍。而美國Northbridge和日本兵庫縣地震強震觀測表明，隔震結構上部結構加速度還不到地表加速度的1/3而開展。

2.3隔震結構與抗震結構地震反應對比

美國Northridge大地震（1994年）和日本神戶大地震（1995年）中，地震區隔震建筑記錄到的最大加速度反應表明：隔震結構頂層加速度反應峰值僅為非隔震結構的20%（隔震結構198Gal，非隔震結構965Gal）（見圖2）。這是世界上最早實測到的隔震和非隔震結構在強地震作用下的加速度反應對比紀錄，證實了隔震結構體系是當前一種較理想的減輕地震災害的新型結構體系。

參考文獻：

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