減隔震技術(shù)在建筑中的應用與選用

郭海峰

（山西晉城煤業(yè)集團勘察設計院有限公司，山西 晉城 048006）

1 減隔震技術(shù)簡介

1） 隔震、減震技術(shù)作為近些年出現(xiàn)的新技術(shù)，適用性強、控制裝置簡單、造價低、控制元件震后易于更換或修復，無需外部能源；

2） 隔震是通過設置具有整體復位功能的隔震層，延長結(jié)構(gòu)體系的自振周期，減少輸入上部結(jié)構(gòu)的地震能量來減輕地震對結(jié)構(gòu)的影響。

隔震建筑根據(jù)隔震層位置可分為基礎隔震和層間隔震：

①基礎隔震的隔震支座直接布置于基礎上，優(yōu)點是所有設備管線、樓梯、電梯均位于隔震層上方，沒有管線設置軟接頭、樓梯設置水平縫、電梯筒需設隔震縫的問題，構(gòu)造相對簡單，將主體結(jié)構(gòu)與地基基礎通過隔震層完全隔離，輸入到建筑物的地震能量主要由隔震層吸收，主體結(jié)構(gòu)的地震力大幅減小，在合理的設計下幾乎可以保證地震作用后建筑功能不受影響，特別適用于在大震后仍需要使用功能不間斷的關鍵生命線工程或其它重要工程，是一種最為理想的隔震方式。

②層間隔震是將隔震支座布置于建筑某一層間，常見的有地下室一層柱頂、柱底、大底盤建筑底盤頂部等。由于隔震層上下樓層均有建筑使用功能，帶來了穿越隔震層的管線設置軟接頭、樓梯設置水平縫、電梯筒需設隔震縫的問題，且隔震支座上下柱無法設置拉梁/框梁時，柱相當于懸臂柱，構(gòu)件截面尺寸可能較大。同時為滿足上部結(jié)構(gòu)的嵌固剛度和承載力要求，下部結(jié)構(gòu)一般剛度較大，從而為隔震層提供足夠的嵌固約束。對于下部結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)作用類似于調(diào)諧質(zhì)量塊，地震作用與隔震層的位置、剛度、上部結(jié)構(gòu)的重量以及下部結(jié)構(gòu)的剛度有關，可能出現(xiàn)下部結(jié)構(gòu)的地震作用放大的情況，設計時應予以充分關注與論證。

隔震裝置分為隔震支座和阻尼器。隔震支座要支撐建筑物的豎向重量和提供一個較小的水平向剛度，并具有復位功能。阻尼器則用來吸收或耗散地震能量，抑制隔震層產(chǎn)生較大位移。

3） 減震是通過附加的耗能減震裝置屈服時產(chǎn)生的塑性變形、構(gòu)件間相對位移時的摩擦或耗能材料的黏性（彈性） 滯回變形，給結(jié)構(gòu)提供附加阻尼，在結(jié)構(gòu)進入塑性變形前耗散地面運動傳給結(jié)構(gòu)的能量，達到保護結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的目的。

根據(jù)與位移、速度的相關性，耗能減震裝置可分為速度相關型阻尼器、位移相關型阻尼器和復合型阻尼器。減震結(jié)構(gòu)在使用位移相關型阻尼器的時候，阻尼器在多遇地震作用下不屈服耗能，只在罕遇地震時屈曲參與工作，在提供附加阻尼的時候也提供了附加剛度，而附加剛度對結(jié)構(gòu)抗震有不利影響，這方面展開的研究還較少，需要設計者權(quán)衡后綜合考慮使用或采用速度相關型阻尼器，速度相關型阻尼器不提供剛度，在平時和小震、大震時均發(fā)揮作用。

2 兩者的主要區(qū)別有

1） 采用隔震的建筑在地震能量傳至隔震層上部結(jié)構(gòu)之前已經(jīng)消耗過半，上部結(jié)構(gòu)地震烈度可以減小約1 度，在保證上部結(jié)構(gòu)不破壞的同時有利于上部結(jié)構(gòu)振動幅度的減小，而這可以大大減輕其他非結(jié)構(gòu)構(gòu)件移動、破壞的可能（如家具的傾倒），從而進一步保護人們的安全。減震裝置則在結(jié)構(gòu)開始進入較大變形的時候才發(fā)揮作用，和結(jié)構(gòu)一起振動，對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的保護作用非常有限。

2） 隔震建筑對地震能量減小明顯，能減少一半以上，但隨著結(jié)構(gòu)自振周期的延長，效果逐漸降低，在結(jié)構(gòu)自振周期達到5 秒后效果不明顯，故多用于低層、多層建筑。減震建筑則效果較差，地震作用減少幅度大概在20%～40%左右，但不受結(jié)構(gòu)自振周期的限制，可用于高層建筑。

3） 隔震建筑由于只在隔震層布置支座，兩個主軸方向均可受力，支座數(shù)量較少，豎向阻尼器可以和支座一起設置，且價格便宜。而減震建筑，消能器（阻尼器） 只能一個方向起作用，兩個方向均需設置，需要設置的樓層也較多，消能器也比較昂貴，從而經(jīng)濟性弱于隔震建筑。

4） 隔震支座只能受壓而不能受拉，而減震建筑沒這方面考慮，從而在建筑底部可能受拉的情況下，比如高寬比大于4 的高層建筑在遭受地震情況下可能有傾覆危險，不能采用隔震技術(shù)。風荷載較大的地區(qū)也不能用隔震設計。

5） 減震消能結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝方便，可以在主體完工后在有空間的情況下在任意樓層，任意主結(jié)構(gòu)處安裝。隔震支座則只能在基礎處或較低樓層處安裝，安裝麻煩，一般用于新建建筑，改造空間有限。

6） 我國規(guī)范根據(jù)建筑場地土覆蓋層厚度和場地土剛度等因素，將其分為四類，一類較硬，四類較弱。實踐和實驗均表明，軟弱土濾掉了地震波中的中高頻分量，輸入結(jié)構(gòu)的地震波以長周期分量為主，對隔震后延長周期的結(jié)構(gòu)可能反而不利。故隔震結(jié)構(gòu)不能應用于軟弱場地，減震結(jié)構(gòu)則無此限制。

3 結(jié)語

隔震技術(shù)造價低、隔震效果好、且能很好的防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞對人們生命安全的威脅，在有條件的情況下應優(yōu)先采用，并盡量采用基礎隔震形式。而在某些情況下，如軟弱土場地、建筑高寬比較大、建筑高度較高、風荷載較大或其它有傾覆危險的情況下只能選用減震技術(shù)。采用減震技術(shù)時應注意阻尼器的選擇，盡量選用速度相關型阻尼器，如選用位移相關型或復合型阻尼器應注意其對結(jié)構(gòu)剛度的影響，并且應注意阻尼器要兩個主軸方向均衡布置。