隔震技術(shù)及其應(yīng)用

摘要：隔震技術(shù)作為一種全新的抗震技術(shù)，近年來，在國內(nèi)及國外多地震國家得到大力推廣應(yīng)用。通過對(duì)其工作原理的分析，優(yōu)越性的闡述，并舉例對(duì)基礎(chǔ)隔震進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，進(jìn)一步闡述其良好的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：隔震技術(shù)；原理；優(yōu)越性；應(yīng)用

１概述

長(zhǎng)期以來，對(duì)于建筑物抗震設(shè)計(jì)，主要采用抗御的方法，即加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力系統(tǒng)，增大結(jié)構(gòu)的剛度、承載力和延性，以增強(qiáng)其抗御地震的能力。采用這種方法時(shí)，需加大結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸，因而也需增加材料消耗和提高工程造價(jià)。同時(shí)采用這種方法時(shí)，由于結(jié)構(gòu)剛度的增大，地震對(duì)結(jié)構(gòu)的作用也增大，因此，其有效性也受到了限制。因此，在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)的破壞是難免的，甚至是嚴(yán)重的。

為了克服上述抗御方法的嚴(yán)重缺陷，近年來，對(duì)于建筑物的抗震設(shè)計(jì)中，采用減震措施，以減輕和抑制結(jié)構(gòu)在地震作用下的振動(dòng)的方法獲得了較快的發(fā)展。在新頒布執(zhí)行的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2001）中增加了“隔震與消能減震”的內(nèi)容。

隔震即隔離地震。在建筑物基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置一層柔性底層（隔震層），把房屋結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)隔離開來。在強(qiáng)烈地震發(fā)生時(shí)，通過隔震層的位移來減低上部結(jié)構(gòu)的地震作用，地震反應(yīng)很小，結(jié)構(gòu)構(gòu)件和內(nèi)部設(shè)備都不會(huì)發(fā)生破壞或喪失使用功能，從而保證建筑物的安全。

2隔震技術(shù)原理

隔震技術(shù)的機(jī)理是在建筑物的基礎(chǔ)部位設(shè)置隔震層，以阻止地面運(yùn)動(dòng)傳遞到上部結(jié)構(gòu)，減輕上部結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。基礎(chǔ)隔震裝置很多，而橡膠隔震支座的隔震技術(shù)是目前國內(nèi)外研究及應(yīng)用中一種較成熟技術(shù)。它通過把橡膠隔震墊安放在基礎(chǔ)底部和基礎(chǔ)（或底部柱頂）之間，把上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)“隔開”。這樣，就改變了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和動(dòng)力作用，明顯地減輕結(jié)構(gòu)物的地震反應(yīng)，達(dá)到“以柔克剛”消能減震的作用。

當(dāng)?shù)孛姘l(fā)生劇烈地震時(shí)，橡膠隔震墊在地震動(dòng)力的作用下發(fā)生水平位移，而且反復(fù)位移的方向與地震反復(fù)產(chǎn)生的動(dòng)力方向相反，從而不僅消耗了地震能量，而且使建筑物上部結(jié)構(gòu)從激烈的、由下到上不斷放大的晃動(dòng)變?yōu)橹蛔鏖L(zhǎng)周期的、緩慢的、整體水平平動(dòng)，因而上部結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震中仍處于彈性狀態(tài)（見圖1），這樣，既能保護(hù)結(jié)構(gòu)本身，也能保護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部裝飾、精密儀器等不遭任何損壞，確保建筑結(jié)構(gòu)物和生命財(cái)產(chǎn)在強(qiáng)震中的安全。橡膠隔震墊體系的建筑結(jié)構(gòu)在地震時(shí)，加速度反應(yīng)只相當(dāng)于傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)剛性固定）加速度反應(yīng)的1/4~1/12，也就是至少可以使上部結(jié)構(gòu)承受的地震烈度降低1.5~2度，有效地起到了抗震作用。

3隔震體系的優(yōu)越性

與傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系相比較，隔震體系具有下述優(yōu)越性：

3．1顯有效地減輕結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)：從震動(dòng)臺(tái)地震模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果及已建造的隔震結(jié)構(gòu)在地震中強(qiáng)震記錄得知，隔震體系的上部結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)只相當(dāng)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)固定）加速度反應(yīng)的1/4~1/12（周福霖，1983；Kelly，1986；日本免震協(xié)會(huì)，1996）。這種減震效果是一般傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)所望塵莫及的，從而能非常有效地保護(hù)結(jié)構(gòu)物及內(nèi)部設(shè)備在強(qiáng)地震沖擊下免遭毀壞。

3．2保安全： 采用基礎(chǔ)隔震后，房屋的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)將高于相應(yīng)的非隔震房屋，亦即采用基礎(chǔ)隔震的房屋將比相應(yīng)的非隔震房屋更為安全可靠。具體地說，在強(qiáng)烈地震作用后，采用基礎(chǔ)隔震的房屋將無須修理，且不喪失使用功能，而相應(yīng)的非隔震房屋將嚴(yán)重破壞。

3．3抗震措施簡(jiǎn)單明了：抗震設(shè)計(jì)的對(duì)象從考慮整個(gè)結(jié)構(gòu)物的復(fù)雜的不明確的抗震措施轉(zhuǎn)變?yōu)橹豢紤]隔震裝置，簡(jiǎn)單明了，設(shè)計(jì)施工大大簡(jiǎn)化。

3．4降低房屋造價(jià)：由于隔震體系的上部結(jié)構(gòu)承受的地震作用大幅度降低，使上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的斷面、配筋減少，構(gòu)造和施工簡(jiǎn)單，大大節(jié)省造價(jià)。雖然隔震裝置需要增加造價(jià)（約5％），但建筑總造價(jià)仍可降低。從汕頭、廣州、西昌等地建造的隔震房屋得知，多層隔震房屋比傳統(tǒng)多層抗震房屋節(jié)省土建造價(jià)：7度區(qū)節(jié)省1~3％；8度區(qū)節(jié)省5~15％；9度區(qū)節(jié)省10~20％，并且安全度大大提高。

由上述可見，對(duì)于多層房屋，采用基礎(chǔ)隔震技術(shù)既具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，又具有顯著的社會(huì)效益。

4隔震技術(shù)的應(yīng)用

隨著隔震技術(shù)的發(fā)展，從98年以來，在東南大學(xué)和南京建工學(xué)院專家們的指導(dǎo)下，我市已對(duì)多項(xiàng)工程進(jìn)行了隔震技術(shù)應(yīng)用的試點(diǎn)，取得了大量的第一手資料，收到了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

徐塘電廠16#職工宿舍樓為徐州市建委指定的隔震技術(shù)試點(diǎn)工程，并于1999年當(dāng)年設(shè)計(jì)當(dāng)年完工。徐塘電廠所在地抗震設(shè)防烈度為8度遠(yuǎn)震，依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ 11-89）底框架磚房層數(shù)限值為五層，即一托四，為了最大限度提高土地的使用價(jià)值，滿足更多的住戶需求，決定采用隔震技術(shù)，從而將抗震設(shè)防烈度降低1度，即按7度區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使一托五的設(shè)計(jì)成為可能，無論是建筑的安全性，還是經(jīng)濟(jì)性均得到了提高，并逐漸受到大家的歡迎。

小結(jié)

隔震體系通過延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自震周期能夠減小結(jié)構(gòu)的水平地震作用，已被國外強(qiáng)震記錄所證實(shí)。同時(shí)，國內(nèi)外的大量試驗(yàn)和工程經(jīng)驗(yàn)，為隔震技術(shù)的推廣運(yùn)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，推動(dòng)了隔震技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程。

采用橡膠隔震墊的基礎(chǔ)隔震技術(shù)作為一種成熟的新技術(shù)，近年來，在我國得到了大力發(fā)展，已有近百棟房屋采用了隔震技術(shù)，尤其在抗震設(shè)防高烈度區(qū)，其安全性和經(jīng)濟(jì)性更為突出。它既適用于各種工業(yè)、商業(yè)和一般民用建筑，也適用于構(gòu)筑物、橋梁、鐵路及地鐵、電力設(shè)備、賓館內(nèi)設(shè)備抗震、避震等工程，既適用于砌體結(jié)構(gòu)，也適用于框架結(jié)構(gòu)或框架砌體結(jié)構(gòu)，還可以用于結(jié)構(gòu)加層、移位建筑中。而且，在設(shè)計(jì)、施工和產(chǎn)品等方面已完全有保證。目前，該項(xiàng)技術(shù)已應(yīng)用到高層建筑，如汕頭博物館大樓12層，42米高，建筑面積18000m2。因此，基礎(chǔ)隔震技術(shù)是一種運(yùn)用廣泛、值得推廣的新技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]鄒立華等，組合隔震結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制研究，振動(dòng)與沖擊，2005.2.

[2]謝禮立，馬玉宏，現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)理論的發(fā)展過程，國際地震動(dòng)態(tài)，2003.10.

[3]周福霖，高層建筑結(jié)構(gòu)減震控制優(yōu)化設(shè)計(jì)新體系.

[4]日本免震構(gòu)造協(xié)會(huì)，隔震結(jié)構(gòu)入門.

[5]謝禮立，馬玉宏，現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)理論的發(fā)展過程，國際地震動(dòng)態(tài)，2003.10.

[6]唐家詳，隔震與消能減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)定1999.9.