淺談建筑物減震、隔震研究的現狀及展望

張俊強　劉志超

摘 要：本文介紹了減震、隔震的方法及其在我國建筑領域的應用情況。指出了隔震和耗能減震亟待解決的問題

關鍵詞：建筑物；隔震；現狀和展望

0 引言

各種震動源，如爆炸、打樁、結構物倒塌與地面撞擊、地震等都會引起震動源附近結構物的振動，當振動超過一定程度，會引起結構物開裂，地基沉降等，嚴重的會導致結構物的破壞，隨著人們生活水平的提高對居住環境的要求也更加嚴格，因此控制地震動的大小是工程施工及設計部門的一大難題。

目前解決地震動問題的方法主要有以下兩種，第一種是減少震動源的強度，這是主動防護方法；對工程爆破，在不能減少一次爆破裝藥量的前提下，采用分段延時爆破技術可有效地減弱地震動，對樁基施工問題，采用靜壓或鉆孔的施工方法來代替錘擊或振動沉管的施工方法，這樣可有效地控制地震動對結構物的破壞，當減少震動源強度方法仍無法滿足附近結構物的振動控制要求或震動源不受人為控制時，常采用第二類方法，即被動防護的方法；其中最常用的主要有設置隔震溝等方法來減弱地震動的大小。

1 結構體系地震反應控制方法

地震發生時，地面的地震反應引起結構物的地震反應。基礎固結于地面的建筑物，如同一個地面地震反應的“放大器”，結構物的地震反應沿縱向從下到上逐級放大，如果結構物某部分的地震反應過大，可使建筑飾面、裝修等非結構構件毀壞室內昂貴儀器或設備遭受破壞，甚至使主體承重結構嚴重破壞或倒塌，為免上述震害，人們必須對結構體系的地震反應進行控制。目前采用的主要方法有：

剛性結構體系。它能大大增加結構物的剛度，使結構的地震反應接近地面地震反應。這種結構體系較難實現，也很不經濟。

柔性結構體系。它能大大降低結構物的剛度，使結構的地震加速度反應減少，地震作用減少。但這種體系位移過大，使建筑裝飾等破壞嚴重，并且在風荷載或輕微地震作用下剛度不足，影響正常使用，因此在很多情況下這種體系是不現實的。

延性結構體系。它能適當控制結構物的剛度，使結構構件在地震作用時進入非彈性狀態，且具有較大的延性，以消耗地震能量，減輕地震反應， 使結構物裂而不倒，這也是目前世界各國普遍采用的抗震方法。這種方法在很多情況下是有效的，但也存在前述的局限性。

柔性底層結構體系。它能保證結構上部的剛度，減小結構底層的剛度，使結構底層在地震時進入非彈性狀態。震害表明，這種體系雖能減少上部結構的地震反應，但底層柱列變形過大，破壞嚴重，甚至倒塌。

隨著社會的發展，對建筑物抗震設計的安全性和適用性提出了更為嚴格的要求，特別是工業向高精度技術發展，采用上述那些傳統的抗震設計方法有時不能適應工程的實際需要，這樣，隔震體系、耗能減震體系及其它結構控制體系就應運而生了。

2 目前常用隔震方法介紹

2.1 設置隔震溝

工程上常用的隔震溝有兩種即硬溝和軟溝。硬溝方法是在要防護方向設置一排樁來減弱地震動，但此方法造價高，故工程上使用較少；軟溝是指在主要防護方向上挖掘一條地溝或人為制造的破碎帶，用來減弱地震動，此方法簡便易行且造價較低，但缺點是開挖時會人為造成邊坡失穩及附近土介質沉陷的問題，因此溝深不會太大，從而會影響減震效率。

2.2 設置橡膠墊隔震裝置

橡膠墊隔震裝置包括天然橡膠墊，標準多層橡膠墊，內包阻尼體橡膠隔震墊，鉛芯橡膠隔震墊等。橡膠墊隔震技術已比較成熟，性能可靠、穩定。橡膠墊隔震技術既適于新建結構，也適于原有結構物的抗震加固及震后修復； 既適于一般民用房屋，也適用于構筑物、橋梁、鐵路及 地鐵等土木工程； 既適于砌體結構，也適于框架結構； 既適于多層建筑，也適于中高層建筑（≤20 層）。此外還可用于加層及移位建筑中。

2.3 滑移隔震

在房屋基礎底面處設置鋼摩擦滑板、石墨、砂料、涂層墊層及聚四氟乙烯（PTFE）等材料形成滑移層，使建筑物遭遇地震時，通過該處不連續介面的滑移錯動，部分地切斷地震波的傳播，限制上部結構的地震反應。滑移隔震技術具有簡單易行、造價低廉、性能穩定、隔震效果受地面運動頻率特征影響較小和幾乎不會出現共振現象等優點，是一種經濟實用的隔震體系，特別適用于多層砌體結構，因而在我國有廣闊的發展前景。

2.4 滾動隔震

用高強合金制成的滾珠（滾軸）涂以防銹或潤滑層后置于上部結構與基礎之間，地震作用下，通過滾珠及滾軸滾動而達到隔震的目的。滾動隔震主要有雙向滾軸加復位消能裝置、滾球加復位消能裝置、滾球帶凹形復位板、碟形和圓錐形支座等幾種形式。研究表明，設計合理的滾動支座具有良好的穩定性、限位復位功能和顯著的隔震效果。

3 隔震和減震亟待解決的問題

隔震和耗能減震都屬被動控制系統，不需外部能源，一般只對某種設定的地震動特性進行控制，缺乏跟蹤和調節能力。目前對于隔震及減震亟待解決的問題有：

隔震溝用于地震動的被動防護在工程中有許多問題需要研究解決，如溝的寬度對隔震效率的影響，溝的深度與隔震效率之間的關系，溝的平面形狀對隔震效率的影響等等，所有這些問題研究可以通過用理論研究與現場試驗方法進行，但現場試驗方法介質情況單一，試驗過程控制困難，因此探討有效的理論研究方法將會成為隔震溝隔震機理研究的熱點。

隔震裝置、耗能減震裝置的研究與開發： 一方面要對現有的隔震、耗能減震裝置進行進一步研究，消除其局限性，擴大其適用范圍；另一方面要研究開發新的、有效的、經濟效益好的隔震、減震裝置

智能材料，如形狀記憶合金（SMA）在結構減震中的應用基礎研究；智能化結構抗震體系的研究。

隔震、減震裝置耐久性安裝、維修與更換的研究。

隔震、減震系統可靠性研究。

隔震、減震結構體系的算法、簡化方法和設計方法（規程）的研究。

4 結語

對建筑物進行隔震、減震處理將會使得建筑結構體系變得更加有效、安全、適用、可靠，并且可以降低造價，它們在工程中有著廣泛的應用前景。可以預言隔震、減震技術將成為21世紀建筑結構防震、減震的重要手段，必將為減輕不利震動對人類造成的危害作出貢獻。

參考文獻

[1] 張雪亮，黃樹棠等著.爆破地震效應.地震出版社，1981.6

[2] 張延年.建筑抗震設計.北京：機械工業出版社，2011.6

[3] 崔京浩.基礎隔震結構設計及施工指南.北京：中國水利水電出版社：知識產權出版社，2007

[4]梁興文.結構抗震性能設計理論與方法.北京：科學出版社，2011.3