建筑设计中隔震技术的应用

建筑设计中隔震技术的应用

摘要：地震是严重的自然灾害之一，房屋建筑设计中抗震指标不容忽视。建筑结构设计中抗震形式较多，一种防震减灾的基础隔震新技术应用于建筑中，可以使房屋建筑在地震中保持完好、安全可靠性高，本文通过工程应用验证隔震技术的优点。

关键词：隔震技术建筑应用

地震是由于地面的运动，使地面上原来处于静止的建筑物受到动力作用而产生强迫振动，因而在结构中产生内力、变形和位移。经过简化后的模型动力学分析和建筑抗震经验设计，即对一次次的震害分析进行修正、补充，得到一些建筑物在地震作用下的反应机理及破坏形式，提出了一些建筑物抗震的计算方法及设计的基本原则。这些在实际应用中得到了很不错的效果。但是，针对某些重要的建筑物安全性较高的要求和对一些建筑物的修复加固改造的问题，在建筑设计和施工中逐渐地采用隔震的减震技术。

隔震即是隔离地震，在建筑物和构筑物的基底或某个位置设置控制机构来隔离或耗散地震能量，以避免或减少地震能量向上部结构的传输，使结构振动反应减轻，实现地震时建筑物只发生较轻微的运动和变形，从而保障建筑物的安全。随着科技发展，这种技术越来越来受到人们的重视。

1 隔震技术的分类

隔震技术的分类方法多种多样，按固定或绝缘的方法，在地基和上部结构之间进行分类，具体可根据其对象不同分为4类。

1.1地基隔震

绝缘是希望在地基自身中降低输入波的方法，从而达到隔震的目的，软弱地基或像人工地基那样较软的地基有降低输入加速度的性质。高刚性基础则还可利用地下逸散减震。屏蔽是在建筑物周围挖深沟或埋人屏蔽板等将卓越长周期的剪切波(S波)隔断的方法，但这种方法不能屏蔽直下型输入波。

1.2 基础隔震

所谓基础隔震是在上部结构与基础之间安装隔震系统，将基础和上部结构隔离开来，以减小水平地面运动向上部结构的传递，从而达到减小上部结构振动的目的。可分为周期延长、能量吸收和绝缘等方法。

基础隔震技术是用水平力很” 柔” 的隔震元件将上部建筑与基础隔离，由于

隔震层的刚度很小，当地震发生时，隔震层将发挥“隔”的作用，承受地震动引起的位移运动，而上部结构只作近似平动。原来的“刚”性“抗震”结构的地震反应是“放大晃动型”，而基础隔震结构的地震反应只是“抗震结构” 的1/4—1/12，大大提高了结构的安全度。“抗震结构”的层间位移大，所以造成建筑的开裂、破坏甚至倒塌。基础隔震结构的层间变形很小，这样不仅建筑结构不会破坏，而且建筑内的装修、设施也保持完好。

1.3 上部结构隔震

上部结构的隔震方法分为能量吸收和附加振动体两种形式。能量吸收型是在建筑物的任意层设置弹塑性阻尼器、粘性体阻尼器、油阻尼器或摩擦阻尼器等各种阻尼器以吸收地震能量。附加振动体型式则是在建筑物的任意层上加设振动体，构成新的振动体系，将振动由结构物本身向附加振动体转移。

1.4 悬挂隔震

悬挂隔震即将结构的全部或大部分质量悬挂起来，使地震动传递不到主体质量上，产生较小的惯性力，从而起到隔震作用。悬挂结构在桥梁、火电厂锅炉架等方面有大量应用。

悬挂结构悬杆受力较大，须采用高强钢，而高强钢忍性差，在竖向地震作用时易拉断。为减小竖向地震作用，可在吊点设减震弹簧，并配合使用阻尼器。著名的43层香港汇丰银行新大楼采用的就是悬挂结构。

2 隔震技术的优点

隔震主要分为：积极隔震（对动力设备采取隔振措施）、消极隔震（对建筑结构采取隔震措施）。无论积极隔震还是消极隔震，采取隔震措施就是在基底和结构之间设置减振器或减振材料。在隔震设计时，要经过计算，进行多方案比较选择最佳方案。不经过计算而直接采取隔震措施，有时会导致隔震效率不高或者不经济。当处理不好时，还可能产生共振，不仅无益还会加大震害。

与以往的建筑结构抗震设计，采用隔震技术的建筑物具有以下优点：

(1)提高地震时结构的安全性；

(2)设计自由度增大；

(3)防止内部物品的振动移动和翻到；

(4)防止非结构构件的破坏；

(5)抑制振动的不适感；

(6)可以保证机械器具的使用功能；

3 房屋建筑中隔震结构设计

3.1 隔震层的位置

隔震层一般设置在建筑物最小层的基础隔震和设置在建筑物中间层的中间层隔震。在实际工程中，主要根据建筑物的用途、性能、造价等因素来进行综合判断确定合适的隔震层位置。如将隔震构件用于较大范围若干栋中低层住宅的底下部分，其空间可作为设备用房，停车场和共用管道沟，这样可有效利用城市空间。

3.2 隔震层水平刚度的结构方案

为了提高隔震效果，隔震层的水平刚度应十分低，使建筑物的自振周期增大。在实际中，可以采用大间距、大直径多层橡胶的结构方案，使得每个隔震器的受荷面积增大，而总数减少。

3.3 多层橡胶层不产生拉力的结构方案

多层橡胶受拉剪的试验资料比受压剪的少，应保证其受力可靠。因此，多层橡胶与上部分结构不采用螺栓连接而采用铰接连接，使多层橡胶层不产生拉力。

3.4隔震构件的置换

隔震建筑中，变形和能量吸收都集中在隔震层，因此隔震层构件有可以置换的隔震结构的优点。特别是与隔震器独立的阻尼器的置换一般较为方便。由于隔震器承受建筑物的重量，不如阻尼器置换容易。一般采用在建筑物或局部设置千斤顶来置换隔震器或对其加固。

4 隔震技术的应用

基础隔震技术已在国内外得到实际应用，防震减灾效果很好。例如，1994年1月17日，在美国发生的洛杉矶地震，震级为6.7级，伤亡超过7000人，损失很大。大多数医院因建筑内部设备损坏而失去使用功能。与此相反，USC University医院是一个地下一层、地上七层的隔震建筑。地震中该建筑内的各种仪器设备均未损坏，甚至花瓶也没有一个掉下来。该医院起到了救护中心的作用，减少了地震损失。之后的1995年1月17日，日本阪神发生了7.2 级地震，是日本战后最大的地震灾害。地震又一次考验了基础隔震建筑。震区内有两栋基础隔震建筑，一个为邮政楼，一个是研究所。同样神奇的是，基础隔震建筑不仅结构保持完好无损，内部设施也完全正常。基础隔震技术在地震中的卓越表现，大大推动了这一技术的研究的应用。目前，中国人民解放军83235 部队科技楼、宿迁市劳动局综合楼、邯郸市釜山房地产开发公司住宅楼等几百栋基础隔震建筑已建成。

某工程主体为框架一剪力墙结构，地下一层、地上十一层，总用地面积 4000m2，总建筑面积9890m2。长宽分别为38.2 m和20.2 m，檐口高约40m。工程结构采用隔震技术，隔震层设置于一层结构梁板下，以叠层橡胶隔震垫作为隔震器，上下混凝土结构完全隔离,共计采用橡胶隔震支座52个，其中无铅芯GZP800V4A隔震垫21个,有铅芯GZY600V4J隔震垫31个。隔震设防标准为；当遭受到低于本地区设防列度的多遇地震作用时，建筑物基本不受损和不影响其使用功能；当受本地区设防列度的地震作用时，不需修理可继续使用；当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震作用时，将不发生危及生命安全和丧失使用功能的破坏。

在我国，除了有橡胶隔震支座技术的研究和应用外，还有砂垫层隔震、石墨垫层隔震、摩擦滑移支座隔震及橡胶隔震支座与摩擦滑移支座并联复合隔震技术等。隔震技术的发展，可充分地适应各地区、城市及乡村的不同要求。基础隔震技术可作为地震防御区城市抗震防灾的措施之一，应用于防灾指挥中心、生命线工程、避难中心、救护中心以及居民住宅建筑的建设。可以预见，基础隔震技术将在防震减灾事业中起到巨大的积极作用。

5 结语

隔震技术和传统抗震方法相比，其具有巨大的优越性，在突发性的、超过设防烈度的地震中不破坏、不倒塌，既保护建筑结构本身，又保护建筑物内部的仪器设备及人员的安全，经济适用，将成为未来建筑抗震的主体。

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