淺談建筑隔震技術

何昊

前言

抗震技術的發(fā)展從最開始剛性結構體系的以剛克剛，以及柔性結構體系的通過避免建筑結構與地面運動產生共振來減小地震損害，逐漸發(fā)展為現(xiàn)有的延性結構體系。通過長期工程實踐的證明，延性結構體系滿足了抗震的基本目標，但是同樣具有局限性。延性結構通過結構自身塑形變形消耗能量，對于一些生命線工程這種破壞將造成巨大損失。為了滿足社會經濟發(fā)展的要求，隔震減震的結構振動控制方法已經被我國結構工程師所重視，大量的減隔震建筑已經進入工程實踐時期。

1 隔震技術的研究背景

日本學者河合浩藏1881年提出在地基上設置圓木的滾軸隔震思想，美國J.A.卡蘭特倫茨1909年提出在基礎與上部結構間鋪一層滑石或云母的滑移隔震的思想，美國工程師F.L.萊特1921年利用軟泥土層作為隔震層，日本的鬼頭健三郎1924年提出在柱腳與基礎間放入軸承的隔震方案。在最近的幾十年，世界各地的學者進行了大量的理論和實驗研究，開發(fā)了多種有效的隔震系統(tǒng)，并廣泛應用于房屋橋梁結構上。現(xiàn)代隔震技術已經積累了大量工程實踐經驗，目前疊層橡膠隔震技術是研究最為廣泛和應用最廣泛的工程技術。我國結構抗震專家周福霖教授1993年在汕頭市建成了第1棟橡膠隔震支座建筑并經歷了地震的考驗，推動了我國隔震建筑的發(fā)展。

2 隔震技術的基本原理及其分類

結構隔震體系通常由上部結構，隔震層，下部結構三部分組成。它是通過在結構物底部或層間位置設置隔震裝置而形成的結構體系。隔震技術的基本思想是通過隔震層使上部結構與下部結構分離，從而避免地震動能量的向上傳遞。隔震層一般具有較大的阻尼，可以吸收地震能量，減少結構所受的地震作用，保證建筑物處于彈性工作性能，提高了建筑物的可靠度。其次隔震層水平剛度較小，可以延長結構物的基本周期，使結構周期遠離地震動的卓越周期，減小建筑結構物自身的加速度反應，從而保證結構的安全。

隔震技術的核心是隔震支座，因此隔震技術可以按隔震裝置或隔震支座進行分類?，F(xiàn)階段我國的隔震技術主要有以下幾種：疊層橡膠墊隔震，摩擦滑移隔震，摩擦滾擺式支座隔震，樁頂搖擺隔震，混合隔震。此外根據(jù)隔震層位置的不同，隔震技術可分為：基礎隔震技術，層間隔震技術，屋架或網架隔震技術和房屋內部隔震技術。目前基礎隔震技術在我國應用的最為廣泛，其隔震體系示意圖見圖1。

圖1 基礎隔震體系

3 隔震技術面臨的問題

目前工程應用中最常見的是以疊層天然橡膠支座加阻尼、鉛芯疊層橡膠支座和高阻尼疊層橡膠支座為基礎的疊層橡膠隔震系統(tǒng)和以聚四氯乙稀摩擦板為基礎的摩擦滑移隔震系統(tǒng)。雖然隔震技術已經走向成熟，但仍存在不少缺點。目前疊層橡膠隔震支座和摩擦滑移隔震支座僅能水平隔震，不能隔絕豎向地震作用，豎向地震作用對于大跨度、長懸臂結構影響較大；對于自振周期較長的高層建筑結構，對支座的拉應力要求高，需要解決隔震抗傾覆和支座受拉的問題；隔震技術通過延長結構自振周期來減少地震傷害，而對于具有長周期成分的近斷層地震，長周期的隔震結構將遭受不利的影響，隔震支座產生較大變形導致隔震支座發(fā)生傾覆的問題；對于處在軟土場地上建筑物，在地震作用下往往破壞嚴重，如何將隔震技術應用到軟土場地也是隔震發(fā)展必須解決的一大問題。

4 隔震技術的發(fā)展方向

為了解決現(xiàn)有隔震技術存在的問題，隔震系統(tǒng)的研究應該向以下幾個方向發(fā)展：將新的材料如：形狀記憶合金、智能材料加入到隔震系統(tǒng)中，提高隔震支座的豎向承載力、抗拔能力和耐久性；豎向隔震一直是隔震技術的一大難題，開發(fā)新的隔震裝置，發(fā)展三維隔震系統(tǒng)，解決隔震技術只能隔絕水平地震的弊端；發(fā)展復合隔震結構體系，將疊層橡膠支座和摩擦滑移支座等的優(yōu)點充分發(fā)揮；解決隔震技術的價格問題，發(fā)展民用建筑隔震技術，提出一種性能好造價低的隔震系統(tǒng)，將隔震技術應用于民用住宅建筑中；制定完善的隔震技術規(guī)范，將隔震結構的設計、施工、隔震構件的標準統(tǒng)一規(guī)范化。

5 結論

隔震技術與傳統(tǒng)的抗震結構相比，能更有效保護室內儀器設備，降低財產損失，能更大程度地保護建筑物內部人員的安全。隔震技術由于它的各種優(yōu)越性，在我國建筑橋梁結構中的應用越來越廣泛。本文通過對隔震技術的發(fā)展背景、基本原理和研究現(xiàn)狀的介紹，對隔震技術未來發(fā)展的方向提出了幾點意見，希望對我國建筑隔震技術的發(fā)展起到一點參考作用。