隔震技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

陳大賓 卜少磊

摘要：本文通過對(duì)國(guó)內(nèi)外典型隔震鋼結(jié)構(gòu)建筑的介紹，說明了隔震技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用也具有隔震結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)， 即延長(zhǎng)了結(jié)構(gòu)基本周期， 提高了經(jīng)濟(jì)效益，并滿足特殊的建筑功能要求，具有良好的隔震效果。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；隔震技術(shù)；復(fù)雜結(jié)構(gòu)

從上個(gè)世紀(jì)中葉開始，美國(guó)、日本等國(guó)家開始對(duì)隔震技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，并不斷應(yīng)用于工程實(shí)踐中。建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)用隔震技術(shù)可以延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自震周期，減少地震發(fā)生時(shí)結(jié)構(gòu)損傷和破壞，達(dá)到保護(hù)建筑和生命財(cái)產(chǎn)的目的。

1 隔震技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用與研究

經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的隔震技術(shù)已日趨成熟，應(yīng)用漸于廣泛。但相對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)中的隔震技術(shù)應(yīng)用相對(duì)較少，尤其是在大跨度復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)、高層和超高層鋼結(jié)構(gòu)中，相應(yīng)的理論研究和應(yīng)用仍然有待發(fā)展。

1.1 國(guó)外鋼結(jié)構(gòu)中的隔震技術(shù)應(yīng)用

國(guó)外鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用隔震技術(shù)較多的國(guó)家主要為日本和美國(guó)，其它國(guó)家也偶見應(yīng)用。早期，鋼結(jié)構(gòu)隔震主要應(yīng)用在中、低層的短周期結(jié)構(gòu)中，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固改造或加層。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來越多的空間復(fù)雜結(jié)構(gòu)和超高層建筑也開始采用隔震技術(shù)。

1990年10月建成的日本東伸24大森大樓是一座10層的鋼結(jié)構(gòu)隔震商業(yè)建筑，其結(jié)構(gòu)一共采用了12個(gè)鋼棒阻尼器和19個(gè)天然橡膠支座進(jìn)行隔震。日本淡路島大阪灣郵政西樓在1994年完工，該建筑是一座6層鋼結(jié)構(gòu)，使用了多種隔震裝置，包括66個(gè)Φ800～Φ1000天然橡膠隔震支座、54個(gè)Φ1200鉛芯疊層橡膠隔震支座和44個(gè)Φ70環(huán)狀鋼阻尼器。郵政西樓建成后連續(xù)進(jìn)行了地震觀測(cè)，結(jié)構(gòu)隔震的有效性在隨后1995年的阪神大地震中有著充分的表現(xiàn)，地震中所測(cè)得的頂層地震反應(yīng)只有基礎(chǔ)的28.5%和34.3% [1]。

日本新電報(bào)大樓在2000年竣工，該大樓共18層，地下3層、地上15層，建筑面積達(dá)5萬(wàn)平方米，組合使用了多種隔震裝置和阻尼器，包括8個(gè)有中心千斤頂?shù)母咦枘嵯鹉z支座、8個(gè)橡膠彈簧支座和24個(gè)高阻尼橡膠支座 [1]。

1991年建成的美國(guó)洛杉磯南加州大學(xué)醫(yī)院是一座7層的隔震鋼結(jié)構(gòu)建筑，建筑平面復(fù)雜，而且立面變化也較大，該結(jié)構(gòu)工采用了68個(gè)鉛芯疊層橡膠隔震支座和81個(gè)疊層橡膠隔震支座。1995年4月加固改造完工的奧克蘭市政廳是一座地下一層、地上18層、總高度99米的鋼結(jié)構(gòu)建筑，因在1989年的地震中受到較大損傷，采用隔震技術(shù)進(jìn)行加固，一共用了111個(gè)鉛芯疊層橡膠隔震支座和疊層橡膠隔震支座。同年竣工的美國(guó)洛杉磯政府大樓是當(dāng)時(shí)最高的鋼結(jié)構(gòu)隔震建筑，該建筑共28 層，建筑面積82000平方米，采用高阻尼橡膠隔震支座[2]。

1.2 國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)中的隔震技術(shù)應(yīng)用與研究

近年來我國(guó)的隔震技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用與研究有著飛快的發(fā)展，比較典型的工程項(xiàng)目有

2008年竣工的廣東科學(xué)中心、2012年完工的昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓和在建中的北京新機(jī)場(chǎng)。

2008年完工的廣東科學(xué)中心是哥大型的綜合性科普?qǐng)鲳^，建筑面積共13.75萬(wàn)平方米，共分為5個(gè)展區(qū)，其中最大的常設(shè)展區(qū)E區(qū)采用全鋼大跨度巨型鋼框架結(jié)構(gòu)，采用6個(gè)巨型格構(gòu)式鋼柱作為支撐結(jié)構(gòu)，單根柱子截面積達(dá)36m2。該區(qū)應(yīng)用了隔震減振技術(shù)，共采用多種大直徑鉛芯疊層橡膠隔震支座阻尼支座組合隔震，包括當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)采用的最大直徑Φ1100鉛芯疊層橡膠隔震支座，單根柱下的隔震支座數(shù)量約為16個(gè)～18個(gè)。該結(jié)構(gòu)應(yīng)用隔震技術(shù)后，在結(jié)構(gòu)振型、自振頻率，以及地震效應(yīng)下的層間位移和加速度都顯示出了良好的減震特性，達(dá)到預(yù)期中提高結(jié)構(gòu)本身的抗震安全性和保護(hù)室內(nèi)設(shè)備儀器和展品等在地震中不受損壞的效果[3]。

昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓是目前世界上最大的單體隔震建筑，建筑面積為55萬(wàn)m2，南北長(zhǎng)855.1 m，東西長(zhǎng)1131.8 m；航站樓地上共有三層，主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)；屋頂為雙曲面網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)。航站樓同樣組合使用了多種共1810個(gè)隔震支座，其中鉛芯支座654個(gè)，無(wú)鉛芯支座1156個(gè)，同時(shí)輔助使用了108個(gè)粘滯性液壓阻尼器。在航站樓建成不久后的2015年3月9日嵩明4.5級(jí)地震中，該結(jié)構(gòu)的隔震效果得到一定程度驗(yàn)證[4]。

在建中北京新機(jī)場(chǎng)總建筑面積約143萬(wàn)m2，南北長(zhǎng)996m，東西寬1144m，主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋蓋及支承系統(tǒng)采用鋼結(jié)構(gòu)。因航站樓C區(qū)下部有高鐵和地鐵通過，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單元超長(zhǎng)超大（約545m×445m），為提高C區(qū)的抗震性能，在該項(xiàng)目應(yīng)用層間隔震技術(shù)，共采用了多種隔震支座和阻尼器共1118個(gè)[5]。

這幾個(gè)復(fù)雜隔震結(jié)構(gòu)的建成，標(biāo)志我國(guó)隔震技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用和研究取得飛速的進(jìn)展，進(jìn)入逐漸成熟的階段。

2 結(jié)語(yǔ)

隔震技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用有以下一些優(yōu)點(diǎn)：

（1）延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)的自振周期。

（2）提高經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用隔震技術(shù)后鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)用鋼量可以顯著減少，整體經(jīng)濟(jì)性提高。

（3）對(duì)于一些平面、立面不規(guī)則且變化復(fù)雜的建筑，應(yīng)用隔震技術(shù)有效減小地震反應(yīng)，以減小對(duì)上部建筑設(shè)計(jì)的限制。

（4）對(duì)于一些特殊建筑，如展覽館、博物館、醫(yī)院、通訊大樓等有特殊功能要求的建筑，應(yīng)用隔震技術(shù)可以達(dá)到在地震中維持生命線工程、保護(hù)重要設(shè)備，避免中斷建筑功能的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖振宇，徐忠根，周福霖.隔震鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)例介紹.建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展，2002，2（4）.

[2]徐忠根，周福霖.國(guó)內(nèi)外建筑隔震改造加固概述.華南建設(shè)學(xué)院西院學(xué)報(bào)，1999-9，7（2）.

[3]陳大賓.廣東科學(xué)中心E區(qū)隔震技術(shù)[D].廣州大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006：11.

[4]宋廷蘇，安曉文.昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓減隔震技術(shù)應(yīng)用.城市與減災(zāi)，2016-09（5）.

[5]束偉農(nóng)，朱忠義，等.北京新機(jī)場(chǎng)航站樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究.建筑結(jié)構(gòu)，2016-9上-46（17）.