減隔震技術(shù)在建筑中的應(yīng)用與選用

郭海峰

（山西晉城煤業(yè)集團(tuán)勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 晉城 048006）

1 減隔震技術(shù)簡(jiǎn)介

1） 隔震、減震技術(shù)作為近些年出現(xiàn)的新技術(shù)，適用性強(qiáng)、控制裝置簡(jiǎn)單、造價(jià)低、控制元件震后易于更換或修復(fù)，無(wú)需外部能源；

2） 隔震是通過(guò)設(shè)置具有整體復(fù)位功能的隔震層，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)體系的自振周期，減少輸入上部結(jié)構(gòu)的地震能量來(lái)減輕地震對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

隔震建筑根據(jù)隔震層位置可分為基礎(chǔ)隔震和層間隔震：

①基礎(chǔ)隔震的隔震支座直接布置于基礎(chǔ)上，優(yōu)點(diǎn)是所有設(shè)備管線、樓梯、電梯均位于隔震層上方，沒(méi)有管線設(shè)置軟接頭、樓梯設(shè)置水平縫、電梯筒需設(shè)隔震縫的問(wèn)題，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，將主體結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)通過(guò)隔震層完全隔離，輸入到建筑物的地震能量主要由隔震層吸收，主體結(jié)構(gòu)的地震力大幅減小，在合理的設(shè)計(jì)下幾乎可以保證地震作用后建筑功能不受影響，特別適用于在大震后仍需要使用功能不間斷的關(guān)鍵生命線工程或其它重要工程，是一種最為理想的隔震方式。

②層間隔震是將隔震支座布置于建筑某一層間，常見(jiàn)的有地下室一層柱頂、柱底、大底盤建筑底盤頂部等。由于隔震層上下樓層均有建筑使用功能，帶來(lái)了穿越隔震層的管線設(shè)置軟接頭、樓梯設(shè)置水平縫、電梯筒需設(shè)隔震縫的問(wèn)題，且隔震支座上下柱無(wú)法設(shè)置拉梁/框梁時(shí)，柱相當(dāng)于懸臂柱，構(gòu)件截面尺寸可能較大。同時(shí)為滿足上部結(jié)構(gòu)的嵌固剛度和承載力要求，下部結(jié)構(gòu)一般剛度較大，從而為隔震層提供足夠的嵌固約束。對(duì)于下部結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)作用類似于調(diào)諧質(zhì)量塊，地震作用與隔震層的位置、剛度、上部結(jié)構(gòu)的重量以及下部結(jié)構(gòu)的剛度有關(guān)，可能出現(xiàn)下部結(jié)構(gòu)的地震作用放大的情況，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以充分關(guān)注與論證。

隔震裝置分為隔震支座和阻尼器。隔震支座要支撐建筑物的豎向重量和提供一個(gè)較小的水平向剛度，并具有復(fù)位功能。阻尼器則用來(lái)吸收或耗散地震能量，抑制隔震層產(chǎn)生較大位移。

3） 減震是通過(guò)附加的耗能減震裝置屈服時(shí)產(chǎn)生的塑性變形、構(gòu)件間相對(duì)位移時(shí)的摩擦或耗能材料的黏性（彈性） 滯回變形，給結(jié)構(gòu)提供附加阻尼，在結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性變形前耗散地面運(yùn)動(dòng)傳給結(jié)構(gòu)的能量，達(dá)到保護(hù)結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的目的。

根據(jù)與位移、速度的相關(guān)性，耗能減震裝置可分為速度相關(guān)型阻尼器、位移相關(guān)型阻尼器和復(fù)合型阻尼器。減震結(jié)構(gòu)在使用位移相關(guān)型阻尼器的時(shí)候，阻尼器在多遇地震作用下不屈服耗能，只在罕遇地震時(shí)屈曲參與工作，在提供附加阻尼的時(shí)候也提供了附加剛度，而附加剛度對(duì)結(jié)構(gòu)抗震有不利影響，這方面展開的研究還較少，需要設(shè)計(jì)者權(quán)衡后綜合考慮使用或采用速度相關(guān)型阻尼器，速度相關(guān)型阻尼器不提供剛度，在平時(shí)和小震、大震時(shí)均發(fā)揮作用。

2 兩者的主要區(qū)別有

1） 采用隔震的建筑在地震能量傳至隔震層上部結(jié)構(gòu)之前已經(jīng)消耗過(guò)半，上部結(jié)構(gòu)地震烈度可以減小約1 度，在保證上部結(jié)構(gòu)不破壞的同時(shí)有利于上部結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅度的減小，而這可以大大減輕其他非結(jié)構(gòu)構(gòu)件移動(dòng)、破壞的可能（如家具的傾倒），從而進(jìn)一步保護(hù)人們的安全。減震裝置則在結(jié)構(gòu)開始進(jìn)入較大變形的時(shí)候才發(fā)揮作用，和結(jié)構(gòu)一起振動(dòng)，對(duì)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的保護(hù)作用非常有限。

2） 隔震建筑對(duì)地震能量減小明顯，能減少一半以上，但隨著結(jié)構(gòu)自振周期的延長(zhǎng)，效果逐漸降低，在結(jié)構(gòu)自振周期達(dá)到5 秒后效果不明顯，故多用于低層、多層建筑。減震建筑則效果較差，地震作用減少幅度大概在20%～40%左右，但不受結(jié)構(gòu)自振周期的限制，可用于高層建筑。

3） 隔震建筑由于只在隔震層布置支座，兩個(gè)主軸方向均可受力，支座數(shù)量較少，豎向阻尼器可以和支座一起設(shè)置，且價(jià)格便宜。而減震建筑，消能器（阻尼器） 只能一個(gè)方向起作用，兩個(gè)方向均需設(shè)置，需要設(shè)置的樓層也較多，消能器也比較昂貴，從而經(jīng)濟(jì)性弱于隔震建筑。

4） 隔震支座只能受壓而不能受拉，而減震建筑沒(méi)這方面考慮，從而在建筑底部可能受拉的情況下，比如高寬比大于4 的高層建筑在遭受地震情況下可能有傾覆危險(xiǎn)，不能采用隔震技術(shù)。風(fēng)荷載較大的地區(qū)也不能用隔震設(shè)計(jì)。

5） 減震消能結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝方便，可以在主體完工后在有空間的情況下在任意樓層，任意主結(jié)構(gòu)處安裝。隔震支座則只能在基礎(chǔ)處或較低樓層處安裝，安裝麻煩，一般用于新建建筑，改造空間有限。

6） 我國(guó)規(guī)范根據(jù)建筑場(chǎng)地土覆蓋層厚度和場(chǎng)地土剛度等因素，將其分為四類，一類較硬，四類較弱。實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)均表明，軟弱土濾掉了地震波中的中高頻分量，輸入結(jié)構(gòu)的地震波以長(zhǎng)周期分量為主，對(duì)隔震后延長(zhǎng)周期的結(jié)構(gòu)可能反而不利。故隔震結(jié)構(gòu)不能應(yīng)用于軟弱場(chǎng)地，減震結(jié)構(gòu)則無(wú)此限制。

3 結(jié)語(yǔ)

隔震技術(shù)造價(jià)低、隔震效果好、且能很好的防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞對(duì)人們生命安全的威脅，在有條件的情況下應(yīng)優(yōu)先采用，并盡量采用基礎(chǔ)隔震形式。而在某些情況下，如軟弱土場(chǎng)地、建筑高寬比較大、建筑高度較高、風(fēng)荷載較大或其它有傾覆危險(xiǎn)的情況下只能選用減震技術(shù)。采用減震技術(shù)時(shí)應(yīng)注意阻尼器的選擇，盡量選用速度相關(guān)型阻尼器，如選用位移相關(guān)型或復(fù)合型阻尼器應(yīng)注意其對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響，并且應(yīng)注意阻尼器要兩個(gè)主軸方向均衡布置。