隔震技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

徐艷娟 劉衛(wèi)衛(wèi)

摘 要： 隨著隔震技術(shù)的發(fā)展，隔震技術(shù)已經(jīng)從研究領(lǐng)域進(jìn)入到實(shí)際應(yīng)用階段。國(guó)際、國(guó)內(nèi)已經(jīng)采用隔震技術(shù)的建筑到4000棟左右。因此，人們開始研究當(dāng)?shù)卣饋砼R時(shí)，怎么減震、消震、減弱地震能量。隔震技術(shù)開始應(yīng)用于建筑中，在過去的幾十年中，經(jīng)過歷次地震檢驗(yàn)，隔震設(shè)計(jì)的建筑，耗散地震能量效果顯著。隔震技術(shù)是近幾十年來地震工程最重要成果之一，是一種經(jīng)濟(jì)、可靠、有效的防震減災(zāi)技術(shù)，因此世界各國(guó)都在研究抗震減災(zāi)技術(shù)，致力于提高建設(shè)工程的抗震設(shè)防水平，提高建設(shè)工程的抗震能力。

關(guān)鍵詞： 隔震技術(shù) 應(yīng)用 發(fā)展

1.在國(guó)際建筑工程中隔震技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

1923年日本關(guān)東大地震后不久，抗震設(shè)計(jì)邁出了第一步。抗震設(shè)計(jì)是在針對(duì)重力設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中，增加抵抗地震的功能。在不斷摸索一種能從根本上避免地震災(zāi)害的基礎(chǔ)上，隔震結(jié)構(gòu)開始實(shí)現(xiàn)。關(guān)東大地震后不久引入了震度法的概念，引發(fā)了是否提倡剛性結(jié)構(gòu)的爭(zhēng)論。震度法是指在重力和地震力的作用下，使建筑物的應(yīng)力狀態(tài)保持在彈性范圍內(nèi)的一種設(shè)計(jì)方法。這時(shí)，把地震施加在建筑物上的水平作用力，設(shè)定為建筑物重量的0.1倍。

自20世紀(jì)60年代后半期以來，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展促進(jìn)了城市建筑高層化的發(fā)展，有關(guān)地震多發(fā)國(guó)家是否適合興建高層建筑的爭(zhēng)論引發(fā)了第二次剛?cè)嶂疇?zhēng)。高層化會(huì)使建筑物的周期變長(zhǎng)，與之成反比例作用于建筑物的震度也會(huì)明顯減小，因此剛?cè)嶂疇?zhēng)中柔性學(xué)說一方占了上風(fēng)。第四次剛?cè)嶂疇?zhēng)之后，隔震結(jié)構(gòu)已經(jīng)取得了抗震結(jié)構(gòu)體系中的絕對(duì)地位。近年來，嘗試追求更能發(fā)揮抗震功能的結(jié)構(gòu)已成為一種潮流，這種結(jié)構(gòu)被稱為制震結(jié)構(gòu)，可以說隔震結(jié)構(gòu)引發(fā)了對(duì)制震結(jié)構(gòu)的追求。另外，抗震結(jié)構(gòu)利用支撐重力的骨架確保必要的強(qiáng)度和能量吸收能力，其原理很勉強(qiáng)，很難成為簡(jiǎn)潔單純的結(jié)構(gòu)。如果說抗震技術(shù)要實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍還很困難的話，那么城市防災(zāi)就不能只依靠追求單個(gè)建筑的抗震性能實(shí)現(xiàn)。但是，今后不可能將全部建筑都建成隔震結(jié)構(gòu)。在隔震結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性面前，抗震結(jié)構(gòu)會(huì)自求轉(zhuǎn)變，隔震結(jié)構(gòu)也會(huì)隨著適用例的增多而發(fā)生質(zhì)的變化。總之，第五次剛?cè)嶂疇?zhēng)圍繞隔震結(jié)構(gòu)的性能為中心展開，對(duì)抗震結(jié)構(gòu)來說，將會(huì)是一場(chǎng)苦戰(zhàn)，它將關(guān)系抗震結(jié)構(gòu)的命運(yùn)。地震是最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，隔震結(jié)構(gòu)是一種有效抵抗地震的結(jié)構(gòu)。

早在19世紀(jì)，歐洲已經(jīng)萌發(fā)了基礎(chǔ)隔震思想。但直到20世紀(jì)70年代，新西蘭學(xué)者羅賓遜開發(fā)的LRB（鉛芯橡膠支座）隔震技術(shù)開始逐漸受到關(guān)注。1969年，在南斯拉夫，該架構(gòu)的三層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，使用天然橡膠支座的隔震裝置的隔震建筑。大約在1970年，法國(guó)馬賽蘭蒙斯克鎮(zhèn)建立了一個(gè)三層建筑，首次采用疊層橡膠支座隔震板。1981年在惠靈頓，新西蘭威廉·克萊頓（威廉·克萊頓）建立了世界上第一個(gè)使用LRB的結(jié)構(gòu)。1984年，加州律師事務(wù)所伏羲爾中心建成后，它是美國(guó)的第一個(gè)孤立的建筑，但也是世界上第一個(gè)使用高阻尼橡膠支座隔震建筑。1984年，美國(guó)鹽湖城的市政大廈，強(qiáng)化使用隔離技術(shù)，這是世界上第一個(gè)基礎(chǔ)隔震建筑的抗震加固項(xiàng)目，包括使用LRB隔震系統(tǒng)的方法。2003年葉楠完成了在日本大阪達(dá)到最高的部分城市塔136.8米，目前正在建設(shè)中的應(yīng)用基礎(chǔ)隔震技術(shù)，最高的建筑迪拜塔（哈利法塔）。目前，日本、新西蘭和許多其他國(guó)家的沖擊隔離技術(shù)理論和應(yīng)用研究在日本已取得了令人矚目的成就，技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。日本是世界上最重要的抗震設(shè)計(jì)的國(guó)家之一，建筑物設(shè)計(jì)考慮地震的水平普遍高于美國(guó)和歐洲。自1986年以來，建立了第一個(gè)大型現(xiàn)代化隔震建筑，日本的地震隔離建筑已經(jīng)上升到1000左右，尤其是在1995年的阪神大地震，建筑隔離技術(shù)推動(dòng)了日本政府。隔離技術(shù)不僅用在政府機(jī)關(guān)和醫(yī)院，而且越來越多的住宅建筑已經(jīng)開始考慮隔離技術(shù)。

2.我國(guó)建筑工程中隔震技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

圖1 我國(guó)隔震技術(shù)應(yīng)用布置圖

我國(guó)從上世紀(jì)80年代逐步開始應(yīng)用隔震技術(shù)，隔震結(jié)構(gòu)在我國(guó)起初雖然比美、日晚，但近年來發(fā)展極為迅速，目前我國(guó)隔震建筑已建成400余棟，分別分布在我國(guó)北京、天津、河北、河南、陜西、山西、寧夏、內(nèi)蒙古、新疆、四川、福建、廣東、云南、臺(tái)灣等地區(qū)。從數(shù)量上看，僅次于日本。我國(guó)是一個(gè)多地震國(guó)家，地震分布覆蓋全國(guó)。2008年5月12日，四川汶川發(fā)生8.0級(jí)大地震，震中90%的房屋嚴(yán)重?fù)p毀，給人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失?，F(xiàn)有研究表明，隔震結(jié)構(gòu)能夠輕松應(yīng)對(duì)較大地震。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，隔震結(jié)構(gòu)憑借獨(dú)特、優(yōu)異的抗震性能，得到越來越廣泛的發(fā)展。

在中國(guó)，20世紀(jì)70年代末和80年代初，隔離技術(shù)開始受到重視，研究重點(diǎn)主要集中在滑動(dòng)摩擦隔振系統(tǒng)，這是由于隔離元件價(jià)格低廉，更適合中國(guó)國(guó)情的滑動(dòng)摩擦。20世紀(jì)80年代后期，中國(guó)學(xué)者開始專注于橡膠支座隔震技術(shù)。

目前，許多研究人員已經(jīng)進(jìn)行了各種形式的隔震體系。1980年，由衛(wèi)生部主持冶金建筑研究院院長(zhǎng)李礫在北京隔離法使用內(nèi)置幾個(gè)單個(gè)孤立的房子和北京中關(guān)村一個(gè)四層紅磚建筑，這是中國(guó)第一個(gè)隔離建設(shè)。1993年，由廣州大學(xué)周福林主辦，汕頭市建成中國(guó)第一板式橡膠支座住房。1993年，由建筑科學(xué)研究院汪壓傭周錫元，在新疆獨(dú)山子建成中國(guó)第一個(gè)滑板（PTFE）獨(dú)立的房子。1994年，華中科技大學(xué)科學(xué)唐家巷，劉在華在安陽市建成中國(guó)第一座使用鉛芯橡膠支座的隔震房子。到目前為止，中國(guó)已建立了數(shù)百幢隔震結(jié)構(gòu)，分布在北京、上海、新疆、河南、江西、廣東等20個(gè)省，涵蓋了大多數(shù)抗震設(shè)防區(qū)。我國(guó)隔震建筑比較緩慢、建筑高度較低。從個(gè)人住宅到幾十層的高層建筑、大跨度結(jié)構(gòu)等建筑，如果他們能采取適當(dāng)?shù)母綦x裝置，就會(huì)整體提高抗震功能。隔震結(jié)構(gòu)主要被限制房屋高寬比，建筑高度、寬度比較大，隔離層時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)豎向拉應(yīng)力，這是比較忌諱的。同時(shí)，高寬比大，水平風(fēng)荷載的影響很大，在正常使用條件下對(duì)隔震結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的震動(dòng)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不允許。

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