建筑物震害破壞特點及疊層橡膠隔震支座的應用

摘 要：我國是個多地震的國度，因此，做好建筑物的抗震設計，是每個建筑結構設計者的目標。文章闡述了建筑物震害破壞特點，并在此基礎上簡單分析了疊層橡膠隔震支座的應用。

關鍵詞：建筑物；震害破壞特點；抗震設計；疊層橡膠隔震支座

1 建筑物的震害破壞特點

1.1 砌體結構的震害特點

由于砌體材料的脆性性質，抗剪、抗拉、抗彎的強度都很低，因此砌體結構抵御地震的能力很差。

1.1.1 墻身破壞

在砌體房屋中，與水平地震作用方向平行的墻體由于水平地震的反復作用，水平地震剪力在墻體中引起的主拉應力超過墻體的抗拉強度而導致交叉的X形裂縫產生，這種裂縫在多層砌體房屋中一般規律是下重上輕，這是因為底層墻體受到的地震剪力較大，如果底層開洞較少或具有足夠的強度，破壞部位會轉到上一層。這種裂縫多發生在窗間墻，開裂一般從窗洞和門洞角部開始，因為在窗洞和門洞角部會產生應力集中，由于該原因，在地震作用下還會形成斜裂縫。

1.1.2 墻角破壞

這種破壞形式也經常出現，主要原因是地震對建筑扭轉作用在墻角容易應力集中，加之墻角位于建筑物盡端，建筑對它的約束作用相對偏弱，其破壞形式按墻肢不同而不同特別當建筑物端部存在樓梯或大開間建筑，由于其整體剛度相對較弱，墻角破壞更為嚴重甚至會出現天面墻角被局部拋出，危害告別嚴重。另外，差的施工質量往往引起內墻破壞、隔墻移位和局部破壞，這種破壞多發生在上層。

1.1.3 樓梯間墻體破壞

大量震害調查表明，樓梯間部位的墻體破壞往往比其它部位的墻體破壞嚴重得多而樓梯構件的本身卻很少破壞，其主要原因是由于該部位墻體橫向支撐較少其整體剛度相對較弱，再加上樓梯間處由于剛度比周圍大，從而導致該部位容易產生較大變形而破壞，特別是樓梯設置在建筑物的端部時，這種破壞更為明顯。

1.2 鋼筋混凝土結構的震害特點

鋼筋混凝土結構的抗震性能，不但取決于所用鋼材、混凝土及其相互間的粘結在反復荷載作用下的物理力學性能，而且還與結構類型、場地條件等密切相關。多層和高層鋼筋混凝土結構的主要震害特點如下：（1）地面運動特性引起的震害；（2）結構平平、立面布置不當引起扭矩而造成的震害；（3）框架柱、梁和節點的常見震害，在梁柱節點處，若其抗震承載力不足、約束箍筋少、梁筋錨固長度不足以及施工質量差，則地震時會使節點核心區出現沿其對角方向的斜裂縫且混凝土剪碎剝落、梁縱筋將從節點內被拔出等脆性破壞現象。梁、柱子設計不當，形成短梁短柱，短梁短柱的延性很差，尤其是超短柱幾乎沒有延性，很容易發生剪切破壞而造成倒塌或局部倒塌，無法滿足“中震可修，大震不倒”的設防要求；（4）抗震墻的震害；（5）框架填充墻的震害；（6）防震縫的震害。（7）強梁弱柱破壞。

2 疊層橡膠隔震支座

我們必須意識到地震破壞的嚴重性與災難性，采取合理有效的措施。疊層橡膠隔震支座的技術原理，是為建筑物配置合理的橡膠支座，從而讓建筑物在遭受地震的時候能夠減少自振的頻率，從而降低建筑物上部由于地震而導致的可能的破壞。疊層橡膠隔震支座隔震技術的核心裝置便是橡膠支座，可以僅安裝配置橡膠支座，也可以和阻尼器一起配合，從而使建筑物擁有一個隔震層。疊層橡膠隔震支座在豎直的方向具有很大的承載力，而在水平的方向則剛度不大，所以在水平側能夠允許較大幅度的位移量。這個特點使其一方面能夠盡可能緩解震害在水平方向的破壞，另一方面還可以承受垂直方向的地震破壞，屬于當前很多發達國家均使用的一種有效的隔震模式。

疊層橡膠支座與其他的防震措施相比，有不少先進性：首先是這種結構能夠在豎直方向擁有較好的承載剛度，在受力壓縮的情況下不易明顯變形，十分便于將建筑體支撐起來，從而保證建筑的可靠性；其次是在水平方向上，疊層橡膠支座十分便于承受水平的變形，當發生剪切變形的情況下甚至能夠完全不被毀損，可以顯著降低配置了此種結構的建筑在地震中受到的破壞度，尤其是降低建筑物上部在地震中的水平方向位移；第三是疊層橡膠支座在變形復位方面擁有高彈性，當地震發生之后能夠迅速讓其所承載的建筑物恢復原來的位置；第四是疊層橡膠支座的使用壽命較長，不易老化，在建筑物的生命周期中不必更換；第五是疊層橡膠支座在結構方面并不復雜、施工起來較為方便，也能夠保證施工的質量達標。

從現實使用的情況來看，不少的工程實踐案例均能夠證明，基于疊層橡膠支座的建筑物能夠在地震發生時充分發揮其豎向承載的優勢，能夠有效而穩定地支撐建筑結構，避免地震的破壞。疊層橡膠支座在構造上并不復雜，也能夠靈活地配置在建筑物不同高度，如果建筑物存在地基不均勻沉降的情況，疊層橡膠支座不會受到較大的影響；無論是在剛度的指標上還是在阻尼指標上表現均十分穩定。在對這種結構進行仿真分析時，其仿真結果和實地測量值十分接近，因此在建筑設計階段便能夠通過合理的運算分析而得到建筑完工時的抗震性能。疊層橡膠支座還擁有較為良好的彈性復位特性，因此在發生地震時可以自動從移位狀態中回復正常；尤其是疊層橡膠支座擁有其他結構難以比擬的水平剛度可變性。如果所在地區發生臺風或者小型的地震，則疊層橡膠支座一開始呈現出比較大的剛度，能夠顯著減少建筑物的結構位移。而在發生中級地震甚至強震的情況下，疊層橡膠支座的水平剛度迅速減少，其阻尼值依舊維持原值，從而起到隔震的作用。而如果疊層橡膠支座在水平方面出現了較大的位移，此時恰好水平剛度增強，能夠有效抑制疊層橡膠支座平側，保護建筑安全。

參考文獻

[1] 裴萌，陸飛，張富有.新型疊層橡膠隔震支座的承載特性研究[J].結構工程師，2016（02）：111-117.

[2] 焦其松.基于LiDAR的建筑物震害分析[J].國際地震動態，2016（03）：42-43.

作者簡介：唐凌（1979.10- ），男，廣西桂林人，本科，重慶大學，桂林萬達城投資有限公司，工程師，研究方向：建筑設計。