建筑結構隔震技術現(xiàn)狀與應用

閆彬

【摘 要】隨著我國過去40年經(jīng)濟快速的發(fā)展，人們的生活水平也得到了顯著提高，建筑行業(yè)也隨著經(jīng)濟的發(fā)展得到了快速發(fā)展，建筑工程關系到人民的生命財產(chǎn)安全，人民對建筑工程的質量要求也越來越高。地震是我們人類無法避免的一種自然災害，大地震還會造成大量的人員傷亡和經(jīng)濟損失。建筑結構隔震技術可以有效的減少地震帶來是損失，目前最常用、運用最廣泛的是基礎技術隔震。我國在建筑結構隔震技術發(fā)展上逐漸趨于規(guī)范和成熟，本文則通過對建筑工程隔震技術現(xiàn)狀與應用進行探討和分析。

【關鍵詞】建筑結構；隔震技術；現(xiàn)狀與應用

1、國內外建筑結構隔震技術發(fā)展現(xiàn)狀

1.1國外建筑工程抗震技術的發(fā)展現(xiàn)狀

歐美發(fā)達國家及日本韓國等是最早開始發(fā)展建筑結構隔震的國家，美國高度發(fā)達的經(jīng)濟和科技使得在建筑結構隔震方面遙遙領先其他國家，比如1994年洛杉磯發(fā)生6.7級地震，USC University 醫(yī)院為地下1層，地上7層的建筑，使用基礎隔震技術，地震中居然絲毫未損，沒有一個物品摔下，而醫(yī)院周圍建筑物的普遍嚴重遭到破壞，醫(yī)院內人員竟然未意識到發(fā)生了強烈地震，各種設備未損壞，醫(yī)院功能得到維持，成為救災中心，對震后緊急救援起到了十分重要的作用。日本是一個多自然災害的國家，地震多火山都比較頻發(fā)，日本也是在建筑結構隔震上運用比較早的國家，隔震技術發(fā)展比較成熟，也是世界上的抗震強國。發(fā)達國家在一個建筑工程在獲得政府部門施工許可后，首先要上交建筑結構設計圖紙、施工圖紙，還必須提交建筑結構抗震報告書。報告書的主要內容是根據(jù)地震的不同強度，計算不同的建筑結構在地震中的受力大小，進而確定建筑的梁柱位置、承重以及施工中鋼筋、混凝土的規(guī)格和配比。并且目前抗震防災技術也相對完善，同時在各個方面發(fā)揮著顯著的影響。為了減小地震給建筑物損害，世界各國的致力于提高建筑物的隔震技術，目前發(fā)達國家主要的隔震技術有基礎隔震、橡膠隔震支座、上下部件隔震和底部隔震。

1.2國內建筑結構隔震技術發(fā)展現(xiàn)狀

我國在建筑工程結構隔震技術上發(fā)展比較遲，特別是在汶川大地震中，由于建筑隔震效果不好，造成大量人員傷亡和財產(chǎn)損失，我國開始大力發(fā)展建筑工程結構的隔震技術。目前我國在建筑工程目前我國的抗震隔震技術以及耗能減震技術的發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，并且在很多實際的高層建筑項目中都有推廣和運營，同時也取得了不錯的效果。例如2013年4月20日四川雅安發(fā)生7.0級地震以后，采用隔震技術修建的蘆山縣人民醫(yī)院外觀完整且受損較小引起人們關注，已然成為“樓堅強”的代言人，它的秘密在于地基部分的“彈簧緩沖”。

2、建筑結構隔震技術的應用

2.1基礎隔震技術的應用

建筑結構的基礎隔震是19世紀日本人河合浩藏首先提出的。他認為先在地基上鋪設幾層原木，在原木上打上混凝土基礎，然后在混凝土基礎上建造，以削弱地震傳遞的能量。1909年美國學者J.A.Karantranz提出了另一種隔震方案，即在基礎和上層建筑之間鋪設一層滑石或云母，以便建筑物在地震中滑動，以隔離地震，基礎隔震技術是利用隔震材料的承載力。目前，世界地震工程領域廣泛應用的成熟高新技術之一也正在推廣中。美國地震學家稱之為“近40年來世界地震工程最重要的成就之一”，基礎隔震技術的應用使建筑物在地震中不倒塌成為可能，是減輕地震災害最有效的手段之一。

基礎隔震技術是在上部結構和基礎之間安裝足夠的安全隔離系統(tǒng)。由于隔震層的“隔震”和“吸收”作用，上部結構在地震中近似移動，結構響應力僅為1/4-1/8（強震觀測結果可達1/2-1/16）。不進行隔離，從而實現(xiàn)“隔離”。一般來說，采用隔震技術的建筑只經(jīng)歷了5.5級地震，不僅減輕了地震對上部結構的破壞，而且有效地保護了建筑裝飾和室內設備。在許多隔震系統(tǒng)中，橡膠支座是世界上研究和應用的主流。它們廣泛應用于美國、日本和其他地震多發(fā)國家。

2.2橡膠隔震支座應用

為了延長整個結構系統(tǒng)的隔震周期，減少輸入上部結構的水平地震作用，滿足預期的抗震要求，在建筑物之間安裝由疊層橡膠隔震支座組成的隔震層，主要安裝在建筑物基礎、底部或下部結構和上部結構。

一般常用的建筑隔震支座有柔性支承裝置和阻尼裝置兩種類型，其中橡膠支座是世界上應用最廣、實用性最好的一種柔性支承裝置。橡膠支座由薄鋼板和薄橡膠板交替疊合經(jīng)高溫硫化粘結而成，所采用的橡膠一般有天然橡膠和氯丁膠。氯丁膠除抗凍和彈性外，其他性能（耐油、耐腐蝕、抗老化和阻尼等）均優(yōu)于天然橡膠。由于在橡膠層中加設夾層薄鋼板，而且橡膠層與夾層鋼板緊密粘結，當隔震支座承受垂直荷載時，橡膠板的橫向變形受到約束，使隔震支座具有很大的豎向承載力和豎向剛度。隔震支座的隔震部件分為隔震支座（隔震器）和阻尼器兩大類，前者穩(wěn)定地支承建筑物自重和荷載，后者在地震時能抑制較大的變形，地震結束后起到迅速終止晃動的作用。橡膠隔震具有以下特點：

（1）豎向承載力、水平恢復力、阻尼（吸能）三位一體；

（2）支座滯回特點（載荷-變形曲線）飽滿、耗能顯著；

（3）橡膠配方改進、等效阻尼比可達12%以上；

（4）維修管理成本低（無需其他阻尼裝置）；

（5）大震后殘余變形極小，無需更換；

（6）高阻尼支座表面覆蓋有橡膠保護層，保護內部橡膠不受臭氧、紫外線影響，具有更好的耐老化性，50年等效阻尼比降低不到2%；

（7）HDR高阻尼橡膠的溫度依存性較低，廣泛用于不同氣候地區(qū)；

（8）HDR高阻尼橡膠與天然橡膠一樣擁有比較優(yōu)越的蠕變性能；

（9）環(huán)保無污染。

2.3滑動隔震支座應用

3、總結

滑動隔震是在隔層中安裝滑動材料，如石墨、砂、滑石粉等，使地基只能向上部結構傳遞有限的地震力，起到保護上部結構的作用。其動力特性是整個系統(tǒng)在滑動前的自振周期與結構的自振周期相同。一旦滑動，隔震層的剛度變小，整個系統(tǒng)的自振周期變大。因此，理論上滑動隔震可以避免地震波引起的共振效應。滑動隔離軸承的滑動摩擦面通常采用四氟乙烯直接與不銹鋼板和不銹鋼板接觸，其中四氟乙烯與不銹鋼板的接觸穩(wěn)定性最強。摩擦隔離系統(tǒng)是在滑動隔離系統(tǒng)的凹曲底盤上放置滑塊。地震發(fā)生時，滑塊自動拉到頂部，地震后復位時，滑塊由于重力而滑到底部。隔震層的摩擦作用可以消耗結構的振動能量，增加結構的阻尼，降低結構的地震反應。本實用新型提供了一種耐張滑動隔離軸承，由上導軌、滑塊和下導軌自上而下依次組成，滑塊包括與上導軌連接的上滑塊、與上導軌連接的下滑塊。導軌和橡膠中間夾層、上滑塊、橡膠中間夾層和下滑塊通過連接件連接。上滑塊頂部沿其長度方向設有X向滑槽；下滑塊底部沿其長度方向設有Y向滑槽；上滑塊與下滑塊在接合處連接有橡膠中間夾層。橡膠中間夾層的厚度為6-12mm。本實用新型解決了傳統(tǒng)隔震支座隔震層剛度大、減震效果差、結構垂直拉力差、結構抗傾覆能力差的技術問題。

4、結論

隨著信息時代的發(fā)展，建筑物的防震措施越來越重要，建筑結構隔震技術發(fā)展前景廣闊。目前我國在隔震技術上發(fā)展比較完善，但仍有不足，希望在未來隔震技術應用更加廣泛。

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