房屋建筑中間層隔震分析

劉鐵柱，封韶飛

（西峽縣第二建筑集團(tuán)有限責(zé)任公司,河南 南陽 474550）

1 房屋建筑的隔震技術(shù)概述

1.1 房屋建筑中抗震與隔震的區(qū)別

（1）抗震

傳統(tǒng)房屋建筑中抗震結(jié)構(gòu)的機(jī)理是利用建筑結(jié)構(gòu)主體的抗側(cè)力構(gòu)件屈服后的耗能和塑性變形來實(shí)現(xiàn)防震的效果的，也就是說，傳統(tǒng)房屋建筑中抗震對房屋建筑所在區(qū)域的耗能性能依賴程度非常高，區(qū)域的耗能性能越高，房屋建筑的抗震效果就越好，相反，區(qū)域的耗能性能越低，房屋建筑的抗震效果就越差。在傳統(tǒng)房屋建筑中抗震設(shè)計中，主要通過在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中配用耗能構(gòu)件、設(shè)置多道抗震設(shè)防線以及實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的承載力、剛度、延性的合理匹配來提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。盡管這些抗震舉措在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的防震效果。但是，針對一些建筑物的修復(fù)加固改造和一些對安全性較高的房屋建筑而言，傳統(tǒng)的房屋建筑中抗震設(shè)計效果不是十分理想，還需要在建筑施工中采用防震效果更好的隔震技術(shù)。

（2）隔震

隔震顧名思義，就是隔離地震，房屋建筑中的隔震就是在建筑物的某個位置設(shè)置控制機(jī)構(gòu)來隔離地震能量，有效避免地震能量對房屋建筑的沖擊，而造成房屋建筑的破壞，及時有一些未被消耗的地震能量沖擊到了房屋建筑，也只會造成房屋建筑產(chǎn)生輕微的運(yùn)動和變形，從而保障建筑物的安全。隨著隔震所需的相關(guān)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，隔震技術(shù)在房屋建筑所取得的抗震效果越來越顯著，其應(yīng)用也勢必會越來越廣泛。

1.2 隔震技術(shù)的特點(diǎn)

隔震技術(shù)作為一種新興學(xué)科技術(shù)，它可以通過消耗地震能量，來消除或減輕地震對房屋建筑結(jié)構(gòu)的損壞，提高房屋建筑物的抗震能力，增強(qiáng)建筑物及內(nèi)部設(shè)施和人員的安全性。與以往的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計相比，隔震技術(shù)具有以下幾個方面的顯著特點(diǎn)：一是隔震技術(shù)具有很大的設(shè)計自由度，可以提高地震時結(jié)構(gòu)的安全性；二是基于隔震技術(shù)的房屋建筑可以有效防止建筑結(jié)構(gòu)中非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞以及建筑物內(nèi)部物品的振動移動和翻到；三是隔震技術(shù)在地震發(fā)生時可以抑制振動的不適感，同時還可以保證建筑物內(nèi)部設(shè)備的使用功能等。

2 房屋建筑中間層隔震方案的設(shè)計

常用的房屋建筑中間層隔震方案主要包括基于隔震裝置的隔震和懸掛隔震兩種隔震方案，其中，隔震裝置隔震方案就是在建筑物或構(gòu)筑物的中間層設(shè)置隔震裝置；懸掛隔震方案就是懸掛隔震即將結(jié)構(gòu)的全部或大部分質(zhì)量懸掛起來，使地震動傳遞不到主體質(zhì)量上，產(chǎn)生較小的慣性力，從而起到隔震作用。

2.1 基于隔震裝置的隔震方案

2.1.1 隔震器

（1）橡膠支座

隔震器中常用的橡膠支座一般是由鋼板和多層橡膠相互疊加而成，由于橡膠容易受到來自鋼板的相關(guān)外力的作用，在施加豎向荷載時，不會產(chǎn)生很大的橫向變形，在施加橫向荷載時，不會產(chǎn)生很大的豎向變形，這就使隔震器中的橡膠支座具有了較強(qiáng)的抗壓能力。

（2）鉛心橡膠墊

鉛心橡膠墊在橡膠支座的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)。所謂的鉛心橡膠墊，就是在橡膠支座中心鉆孔，插入一個鉛芯，利用其塑性變形能力把支座的臨界阻尼從3%增加到15%左右。因此，在低阻尼要求的情況下，可以采用鉛心橡膠墊進(jìn)行隔震。

（3）柔性樁結(jié)構(gòu)

柔性樁結(jié)構(gòu)是采用立在套管中的樁來實(shí)現(xiàn)隔震效果，柔性樁結(jié)構(gòu)由于套管和樁之間有一定的間隙，進(jìn)而可以使樁在水平方向上具備一定的柔性，從而可以使樁可以在套管中變位，將可能發(fā)生有害地震的土層與房屋建筑結(jié)構(gòu)分開。

2.1.2 阻尼器

（1）油阻尼器

油阻尼器是目前應(yīng)用的最為廣泛的阻尼材料。根據(jù)流體動力學(xué)理論可以設(shè)計各種形式的油阻尼器。其中常見的油阻尼器包括柴油機(jī)油阻尼器、油硅油阻尼器、機(jī)械油阻尼器以及變壓器油阻尼器等?？梢愿鶕?jù)需要將其應(yīng)用于不同的房屋建筑的隔震設(shè)計中。

（2）摩擦阻尼器

摩擦阻尼器就是由幾塊鋼板用高強(qiáng)螺栓連在一起而形成的。通過調(diào)節(jié)高強(qiáng)螺栓的預(yù)應(yīng)力，就可調(diào)節(jié)鋼板間摩擦力的大小。因此，通過對鋼板表面進(jìn)行處理或加墊特殊摩擦材料，就可以使阻尼器的往復(fù)摩擦性能得到有效的改善。

2.2 懸掛隔震方案

與基于隔震裝置的隔震方案不同，懸掛隔震結(jié)構(gòu)懸桿受力一般比較大，須采用高強(qiáng)鋼，但是高強(qiáng)鋼忍性較差，在豎向地震作用時易拉斷。為減小豎向地震作用，可在吊點(diǎn)設(shè)減震彈簧，并配合使用阻尼器，從而實(shí)現(xiàn)良好的抗震效果。

3 房屋建筑中間層隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 隔震層的位置

房屋建筑中間層隔震結(jié)構(gòu)設(shè)置在建筑物中間層的中間層隔震。在實(shí)際工程中，主要根據(jù)建筑物的用途、性能、造價等因素來進(jìn)行綜合判斷確定合適的隔震層位置。如將隔震構(gòu)件用于較大范圍若干棟高層住宅的中間層部分，提高高層建筑的抗震效果。

3.2 隔震層水平剛度的結(jié)構(gòu)方案

為了提高隔震效果，隔震層的水平剛度應(yīng)十分低，使建筑物的自振周期增大。在實(shí)際中，可以采用大間距、大直徑多層橡膠的結(jié)構(gòu)方案，使得每個隔震器的受荷面積增大，而總數(shù)減少。

3.3 多層橡膠層不產(chǎn)生拉力的結(jié)構(gòu)方案

多層橡膠受拉剪的試驗(yàn)資料比受壓剪的少，應(yīng)保證其受力可靠。因此，多層橡膠與上部分結(jié)構(gòu)不采用螺栓連接而采用鉸接連接，使多層橡膠層不產(chǎn)生拉力。

3.4 隔震構(gòu)件的置換

隔震建筑中，變形和能量吸收都集中在隔震層，因此隔震層構(gòu)件應(yīng)當(dāng)具有可以置換的隔震結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)?？紤]到阻尼器較隔震器承受建筑物的重量容易置換，所以，一般采用在建筑物的相關(guān)位置設(shè)置千斤頂來置換隔震器。

4 結(jié)語

一般來說，中間層隔震結(jié)構(gòu)可以適合各種用途的建筑，并都能獲得較好的隔震效果。出于結(jié)構(gòu)的安全性、房屋內(nèi)部物品的振動翻到、防止構(gòu)件二次損壞等因素，包括住宅、公共建筑等在內(nèi)的各種房屋建筑更適合用中間層隔震措施。與傳統(tǒng)的抗震建筑相比，利用中間層隔震技術(shù)進(jìn)行的房屋建筑抗震設(shè)計效果更佳，在未來的房屋建筑抗震領(lǐng)域?qū)?yīng)用的越來越為廣泛。