疊層橡膠墊隔震體系淺析

楊圣輝

摘要：減輕地震災(zāi)害損失，傳統(tǒng)的方法是抗震設(shè)計，既針對建筑物的結(jié)構(gòu)，通過合理的設(shè)計，保證“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防目標。但這抗震結(jié)構(gòu)屬于“剛性”結(jié)構(gòu)，其地震反應(yīng)是放大的。1881年日本學者河合浩藏提出了隔震的概念，實現(xiàn)了減弱地震對建筑物的作用減弱的目標。

關(guān)鍵詞：地震反應(yīng)，結(jié)構(gòu)隔振

所謂隔震是一種“柔性隔震”方法，在建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間用隔震耗能裝置隔斷，地震時隔震耗能系統(tǒng)消耗大部分地震能量并且承擔建筑物的大部分位移，從而使建筑物上部結(jié)構(gòu)在地震作用下“整體平動”。據(jù)統(tǒng)計，隔震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)是抗震結(jié)構(gòu)的1/4～1/12，大幅度的提高了結(jié)構(gòu)的安全度。在隔震設(shè)計中疊層橡膠墊的應(yīng)用較為廣泛。

1 隔振結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點

與傳統(tǒng)的抗震技術(shù)相比，隔振技術(shù)有其獨特的優(yōu)越性，但同時也存在不足之處。

（1）隔振結(jié)構(gòu)能夠有效的減輕建筑物的地震反應(yīng)，使樓面振動平緩，理論計算結(jié)果隔振結(jié)構(gòu)與抗震結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)比在0.25-0.08之間[1]。

（2）在地震中，上部結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài)。極大的提高了建筑結(jié)構(gòu)的安全度，對人民的生命財產(chǎn)有了更大的保障。

（3）經(jīng)濟性方面，相對于抗震結(jié)構(gòu)，對結(jié)構(gòu)的要求較低。隔震設(shè)計中增加了隔震層，但同時構(gòu)件的截面和配筋相對減少，使用面積有所增加;震后維修費用低。一定程度上降低了建筑物的造價。從國內(nèi)已建隔震結(jié)構(gòu)來看，7到9度區(qū)節(jié)省造價3—20%不等。

（4）設(shè)計方法相對落后，我國通過水平方向折減系數(shù)來減小結(jié)構(gòu)的水平地震作用，再進行設(shè)計，對結(jié)構(gòu)的布置、隔振層的布置及其支座反力、位移都有嚴格的要求。發(fā)達國家則采用能量譜進行設(shè)計[2]。

（5）我國有關(guān)隔震技術(shù)的規(guī)范編制相對落后。日本已建成50層的高層隔震建筑[3]。

（6）隔震設(shè)計的理論尚不完善。

2疊層橡膠墊隔震體系的性能

在眾多隔震裝置中疊層橡膠墊隔震體系應(yīng)用最為廣泛。大量的實驗和研究表明，疊層橡膠墊隔震體系在性能方面有很大優(yōu)勢。

（1）豎向承載力大，能夠滿足結(jié)構(gòu)的豎向承載力的要求。

（2）具有較穩(wěn)定的彈性復位功能，能夠?qū)崿F(xiàn)地震中即時復位。

（3）耐久性好，能夠抵抗低周疲勞，熱空氣老化等不利因素，其使用壽命在60-80年間。

（4）但疊層橡膠墊隔震體也存在很多問題，例如：疊層橡膠墊隔震結(jié)構(gòu)的動力特性，隨結(jié)構(gòu)體系的類型不同和隔震器安裝位置的不同而變化;疊層橡膠墊抗拉能力相對較弱，在高層建筑中的應(yīng)用受到了一定的限制。

3 解決方案

針對疊層橡膠墊存在的問題，有學者提出了相應(yīng)的解決方案[3]。

3.1 結(jié)構(gòu)的平面布置

規(guī)范要求，隔震支座不宜出現(xiàn)零應(yīng)力區(qū)，但目前高層建筑的高寬比一般較大，加入隔震層的結(jié)構(gòu)對零應(yīng)力區(qū)的控制難度較大。

（1）豎向抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置對地震反應(yīng)的影響較大，按規(guī)范要求豎向構(gòu)件布置應(yīng)均勻?qū)ΨQ外，應(yīng)考慮豎向構(gòu)件的間距不宜過小。

（2）對于抗震墻結(jié)構(gòu)，由于抗震墻傾覆力矩相對于框架柱較大，應(yīng)考慮抗震墻布置于豎向荷載較大的部位。

（4）當需要在抗震墻下布置疊層橡膠墊是，宜采用直徑較大的隔震支座，避免采用小直徑支座時，消弱隔震層的水平變形能力。

（5）安全考慮，地震力輸入時，應(yīng)考慮斜向地震力的輸入。

3.2 其他措施

（1）在條件允許的情況下，考慮使用高抗拉強度的疊層橡膠墊體系。

（2）可采用諸如，疊層橡膠支座和彈性滑移支座組合形式的混合隔震形式。

4 結(jié)論

（1）由于疊層橡膠墊隔震體系性能。豎向承載力大、即時彈性復位功能強、隔震效果明顯、不均勻沉降不明顯等性能優(yōu)勢，因此在設(shè)計中，對傳統(tǒng)樓房的高度限值和安全距離等限制可適當放寬。

（2）采用疊層橡膠墊隔震體系結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省建筑物造價，大幅度提高安全度，并且能夠減小在地震中破壞和其他設(shè)施設(shè)備的損失，震后易于維修。

（3）理論尚不完善。隔震技術(shù)的理論有待繼續(xù)深入研究和加強，以便于規(guī)范的制定和對實際工程的指導。

（4）對隔震裝置的研究應(yīng)加強，以達到隔震效果好、經(jīng)濟性好、耐用性能強的要求。

參考文獻

[1]ZHOU Fu-lin，TAN Ping，XIAN Qiao-ling，HUANG Xiang-yun，YANG Zhen.Research and Application of Seimic lsolation System for Building Structures[J].Journal of Architecture and Civil Engineering，2006.

[2]趙亞敏，蘇經(jīng)宇，張玉敏。國內(nèi)外建筑隔震設(shè)計標準比較分析[J].2006

[3]程華群，劉偉慶，王曙光。地震工程與工程振動[J]。2007