房屋建筑中間層隔震設(shè)計的研究探討

摘要隨著隔震技術(shù)的日益完善，除了基礎(chǔ)隔震技術(shù)之外，還有一種新型的隔震形式越來越受到人們的重視和使用，它就是中間層隔震。中間層隔震可以說在兩個工程方面特具優(yōu)勢：基礎(chǔ)機構(gòu)隔層的加固工程和一些基礎(chǔ)隔震達(dá)不到效果的特殊結(jié)構(gòu)工程，所以作為一種房屋建筑隔震的新體系橫空出世。

關(guān)鍵詞 隔震 基礎(chǔ)隔震 中間層隔震 工作機理

中圖分類號：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

The Research on the Middle Layer Isolation Design of Housing Construction

ZHANG Xiangguang

(Fujian Construction Engineering Group Company， Fuzhou， Fujian 350003)

AbstractWith the improvement of isolation technology， in addition to base isolation technology， there is a new form of isolation， more and more people attention and use， it is the middle layer of isolation. The middle layer of isolation has two special advantage in engineering: the basis of body compartment of the upgrading works， and some reach the effect of base-isolated special structural engineering， so the isolation of housing construction as a new system turned out .

Key wordsisolation; base isolation; the middle layer isolation; working mechanism

1 隔震技術(shù)

近年來頻繁的地震災(zāi)害給人們帶來了巨大的經(jīng)濟損失和慘重的人員傷亡，同時，大多數(shù)危害是地震所引起的建筑物倒塌帶來的結(jié)果，因此，提高建筑物的抗震能力成為重要的課題。為此全世界各國都在致力于建筑工程抗震減災(zāi)的工作和提高建筑物的抗震水平和抗震能力，隔震技術(shù)作為較為成熟的高新技術(shù)發(fā)展起來，開始廣泛使用于建設(shè)工程中。

隔震就是隔離地震，設(shè)置控制結(jié)構(gòu)于建筑物和地基之間或工程某個位置中，來隔離或耗散地面震動所帶來的巨大能量，使得建筑物振動反應(yīng)減弱，減少或避免了地震能量的傳輸，從而保障了建筑物安全不致倒塌。

根據(jù)隔震系統(tǒng)的位置不同可以將隔震結(jié)構(gòu)分為兩種：基礎(chǔ)隔震和中間層隔震。基礎(chǔ)隔震就是在建筑物的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置足夠可靠性的隔震層，主要適用在一些建筑物主體結(jié)構(gòu)體系比較規(guī)則的建筑，但不大適合于一些普通常見的建筑物。以下是三種不適宜運用基礎(chǔ)隔震的建筑：一是豎向不規(guī)則的建筑；二是在要保持原有建筑物的基礎(chǔ)上再加層和抗震加固的建筑；三是處于特殊地理位置的建筑。

2 中間層隔震的研究現(xiàn)狀

2.1 中間層隔震工作機理的研究

中間層隔震是一種能減少或避免上下部結(jié)構(gòu)振動反應(yīng)的設(shè)置，可以利用橡膠支座和隔震層上部結(jié)構(gòu)的重量組成耗能器，吸收大地地震的巨大能量。和基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)相比，中間層隔震結(jié)構(gòu)在建筑物結(jié)構(gòu)的中間層增設(shè)隔震層，將隔震層的位置向上移，這是一種新型的別具一格的隔震結(jié)構(gòu)。不過當(dāng)隔震層從底部移到建筑結(jié)構(gòu)中間的某一層時，它對建筑上部結(jié)構(gòu)的各層依然能發(fā)揮隔震作用。

2.2 設(shè)計方法的研究

由于隔震層在結(jié)構(gòu)中的所處位置不同，會應(yīng)用到結(jié)構(gòu)的工作機理也不相同，所以設(shè)計中間層隔震結(jié)構(gòu)，要根據(jù)各種不同的情況，應(yīng)用適合的設(shè)計方法。與基礎(chǔ)隔震有相似結(jié)構(gòu)工作原理的是隔震層位于建筑結(jié)構(gòu)低層的隔震結(jié)構(gòu)，所以，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法可以采用也類似基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的方法。

對于隔震層在隔熱板下部位置的隔震結(jié)構(gòu)，此減震機理與TMD類似，按照實際的設(shè)計步驟的順序為：先核計質(zhì)量比，再針對質(zhì)量比、最優(yōu)頻率比和阻尼比設(shè)計隔震層的剛度和水平穩(wěn)度，最后確認(rèn)和定下隔震支座的尺寸和數(shù)量。

對于隔震層位于結(jié)構(gòu)中間的設(shè)計，不能隨便套用基礎(chǔ)隔震方案的特定設(shè)計方法。考慮到實際情況，中間層隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計可按照以下順序來進行：首先按照所得到的質(zhì)量比求得隔震層的具體質(zhì)量，獲取對應(yīng)的阻尼比，接著根據(jù)原有結(jié)構(gòu)的固有頻率獲得隔震層的剛度和頻率，然后爭取得到隔震層和減震效果的放大系數(shù)，從而得到其結(jié)構(gòu)的地震作用標(biāo)準(zhǔn)值范圍，最后是根據(jù)已知的參量對結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。這種設(shè)計方法，不一定能達(dá)到最佳減震效果，但可以通過采用現(xiàn)場實際測量的方法判別高低，從而具體選擇。總的來說，這種方法對中間層隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法的系統(tǒng)性和實踐性奠定了良好的基礎(chǔ)。

3 中間層隔震設(shè)計需要注意的問題

要設(shè)置隔震層在基礎(chǔ)上面的中間樓層，需要注意的是，為了不存在基礎(chǔ)隔震建筑物的基部體積與墻面數(shù)量問題，和普通建筑物一樣，下部分的結(jié)構(gòu)可直接和地基接觸，隔震層下面的樓層再做一些抗震處理措施。

在設(shè)計中間層隔震上，需要注意：（1）有些部分的建筑物外墻為了和隔震層的平移變形相一致，應(yīng)該設(shè)計成水平縫，還要考慮能隔音、防水防火等方面，還有里外的美觀性、協(xié)調(diào)性；（2）要解決以下問題：如何解決樓梯、安裝電梯的井道、升降機、設(shè)備管道等貫穿隔震層，還有注意防火防水區(qū)間的劃分。

在布置和選取隔震裝置上有以下原則：（1）隔震層要具備一定的水平剛度，只有具備足夠的初始剛度，無論是強風(fēng)作用下，還是在較大的地震發(fā)生時，隔震層可以發(fā)生柔軟性變形，從而大限度地降低水平方向地震的影響；（2）隔震層的水平剛度的中心位置要和上部結(jié)構(gòu)的重心對應(yīng)一致，不能有偏差；（3）豎向剛度是隔震裝置的另一標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計好豎向承載效果，使得豎向水平移動值要控制在既定的范圍內(nèi)；（4）隔震的裝置設(shè)備上要具備較大的水平變形能力，還有充分的豎向承受力，只有這樣在發(fā)生大地震的時候，能發(fā)揮強大的隔震功能，能堅固地支撐起建筑物，防止建筑物倒塌、損壞；（5）自動復(fù)位是隔震裝置需具備的優(yōu)良性能，發(fā)生大地震之后，能一定程度上恢復(fù)到原來位置，并且在發(fā)生大地余震的時候，還可以發(fā)揮有效的隔震功能；（6）還有隔震裝置要設(shè)置具備良好的穩(wěn)定性的阻尼，使其承載和溫差范圍內(nèi)的變化不大；（7）要使隔震裝置在建筑物的使用期限中能一直發(fā)揮良好的隔震作用，還要具有一般要求的性能，如耐久性，抗老化、抗勞損、抗變異等。

4 實際應(yīng)用

在1993年9月廣東省汕頭市，我國建成了首棟采用中間層隔震技術(shù)、即采用疊層橡膠墊隔震的房屋建筑，該結(jié)構(gòu)是在兩到三層中間設(shè)置了橡膠墊隔震層。為了證明中間層隔震的效果，有關(guān)人員對這一棟房屋建筑工程進行了理論分析，并且在模擬地震的作用下計算此建筑的剪力及位移的地震效果。計算結(jié)果顯示：一是隔震結(jié)構(gòu)的第一抗震周期明顯延長了，能達(dá)到約原來的4倍；二是這中間層隔震結(jié)構(gòu)的某階振型參與系數(shù)相當(dāng)大；三是隔震結(jié)構(gòu)中房屋各層的地震潛力和層間位移水平相對減少。

處于多地震區(qū)的日本在抗震技術(shù)上可以說是處于世界的領(lǐng)先水平，在眾多的抗震建筑中大量運用了中間層隔震技術(shù)。例如東京的Sumitomu大廈就是當(dāng)今世界上最大的中間層隔震建筑，這座具有多功能的大廈，14層下部是旅館，上部是辦公樓，要求大空間，在11和12層之間設(shè)置層間隔震體系，其中由100只鉛阻尼器、41只疊層橡膠支座和14只鋼阻尼器組成。

不僅新房的減震會用到中間層隔震技術(shù)，舊房的改造加固中的運用也是不可避免的。上海地區(qū)由于采用中間層隔震對許多的居民住宅、通訊機房和教學(xué)樓等進行抗震加固和加層改建，取得了良好的經(jīng)濟效益。

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