淺談建筑物減震、隔震研究的現(xiàn)狀及展望

張俊強　劉志超

摘 要：本文介紹了減震、隔震的方法及其在我國建筑領域的應用情況。指出了隔震和耗能減震亟待解決的問題

關鍵詞：建筑物；隔震；現(xiàn)狀和展望

0 引言

各種震動源，如爆炸、打樁、結(jié)構物倒塌與地面撞擊、地震等都會引起震動源附近結(jié)構物的振動，當振動超過一定程度，會引起結(jié)構物開裂，地基沉降等，嚴重的會導致結(jié)構物的破壞，隨著人們生活水平的提高對居住環(huán)境的要求也更加嚴格，因此控制地震動的大小是工程施工及設計部門的一大難題。

目前解決地震動問題的方法主要有以下兩種，第一種是減少震動源的強度，這是主動防護方法；對工程爆破，在不能減少一次爆破裝藥量的前提下，采用分段延時爆破技術可有效地減弱地震動，對樁基施工問題，采用靜壓或鉆孔的施工方法來代替錘擊或振動沉管的施工方法，這樣可有效地控制地震動對結(jié)構物的破壞，當減少震動源強度方法仍無法滿足附近結(jié)構物的振動控制要求或震動源不受人為控制時，常采用第二類方法，即被動防護的方法；其中最常用的主要有設置隔震溝等方法來減弱地震動的大小。

1 結(jié)構體系地震反應控制方法

地震發(fā)生時，地面的地震反應引起結(jié)構物的地震反應。基礎固結(jié)于地面的建筑物，如同一個地面地震反應的“放大器”，結(jié)構物的地震反應沿縱向從下到上逐級放大，如果結(jié)構物某部分的地震反應過大，可使建筑飾面、裝修等非結(jié)構構件毀壞室內(nèi)昂貴儀器或設備遭受破壞，甚至使主體承重結(jié)構嚴重破壞或倒塌，為免上述震害，人們必須對結(jié)構體系的地震反應進行控制。目前采用的主要方法有：

剛性結(jié)構體系。它能大大增加結(jié)構物的剛度，使結(jié)構的地震反應接近地面地震反應。這種結(jié)構體系較難實現(xiàn)，也很不經(jīng)濟。

柔性結(jié)構體系。它能大大降低結(jié)構物的剛度，使結(jié)構的地震加速度反應減少，地震作用減少。但這種體系位移過大，使建筑裝飾等破壞嚴重，并且在風荷載或輕微地震作用下剛度不足，影響正常使用，因此在很多情況下這種體系是不現(xiàn)實的。

延性結(jié)構體系。它能適當控制結(jié)構物的剛度，使結(jié)構構件在地震作用時進入非彈性狀態(tài)，且具有較大的延性，以消耗地震能量，減輕地震反應， 使結(jié)構物裂而不倒，這也是目前世界各國普遍采用的抗震方法。這種方法在很多情況下是有效的，但也存在前述的局限性。

柔性底層結(jié)構體系。它能保證結(jié)構上部的剛度，減小結(jié)構底層的剛度，使結(jié)構底層在地震時進入非彈性狀態(tài)。震害表明，這種體系雖能減少上部結(jié)構的地震反應，但底層柱列變形過大，破壞嚴重，甚至倒塌。

隨著社會的發(fā)展，對建筑物抗震設計的安全性和適用性提出了更為嚴格的要求，特別是工業(yè)向高精度技術發(fā)展，采用上述那些傳統(tǒng)的抗震設計方法有時不能適應工程的實際需要，這樣，隔震體系、耗能減震體系及其它結(jié)構控制體系就應運而生了。

2 目前常用隔震方法介紹

2.1 設置隔震溝

工程上常用的隔震溝有兩種即硬溝和軟溝。硬溝方法是在要防護方向設置一排樁來減弱地震動，但此方法造價高，故工程上使用較少；軟溝是指在主要防護方向上挖掘一條地溝或人為制造的破碎帶，用來減弱地震動，此方法簡便易行且造價較低，但缺點是開挖時會人為造成邊坡失穩(wěn)及附近土介質(zhì)沉陷的問題，因此溝深不會太大，從而會影響減震效率。

2.2 設置橡膠墊隔震裝置

橡膠墊隔震裝置包括天然橡膠墊，標準多層橡膠墊，內(nèi)包阻尼體橡膠隔震墊，鉛芯橡膠隔震墊等。橡膠墊隔震技術已比較成熟，性能可靠、穩(wěn)定。橡膠墊隔震技術既適于新建結(jié)構，也適于原有結(jié)構物的抗震加固及震后修復； 既適于一般民用房屋，也適用于構筑物、橋梁、鐵路及 地鐵等土木工程； 既適于砌體結(jié)構，也適于框架結(jié)構； 既適于多層建筑，也適于中高層建筑（≤20 層）。此外還可用于加層及移位建筑中。

2.3 滑移隔震

在房屋基礎底面處設置鋼摩擦滑板、石墨、砂料、涂層墊層及聚四氟乙烯（PTFE）等材料形成滑移層，使建筑物遭遇地震時，通過該處不連續(xù)介面的滑移錯動，部分地切斷地震波的傳播，限制上部結(jié)構的地震反應?；聘粽鸺夹g具有簡單易行、造價低廉、性能穩(wěn)定、隔震效果受地面運動頻率特征影響較小和幾乎不會出現(xiàn)共振現(xiàn)象等優(yōu)點，是一種經(jīng)濟實用的隔震體系，特別適用于多層砌體結(jié)構，因而在我國有廣闊的發(fā)展前景。

2.4 滾動隔震

用高強合金制成的滾珠（滾軸）涂以防銹或潤滑層后置于上部結(jié)構與基礎之間，地震作用下，通過滾珠及滾軸滾動而達到隔震的目的。滾動隔震主要有雙向滾軸加復位消能裝置、滾球加復位消能裝置、滾球帶凹形復位板、碟形和圓錐形支座等幾種形式。研究表明，設計合理的滾動支座具有良好的穩(wěn)定性、限位復位功能和顯著的隔震效果。

3 隔震和減震亟待解決的問題

隔震和耗能減震都屬被動控制系統(tǒng)，不需外部能源，一般只對某種設定的地震動特性進行控制，缺乏跟蹤和調(diào)節(jié)能力。目前對于隔震及減震亟待解決的問題有：

隔震溝用于地震動的被動防護在工程中有許多問題需要研究解決，如溝的寬度對隔震效率的影響，溝的深度與隔震效率之間的關系，溝的平面形狀對隔震效率的影響等等，所有這些問題研究可以通過用理論研究與現(xiàn)場試驗方法進行，但現(xiàn)場試驗方法介質(zhì)情況單一，試驗過程控制困難，因此探討有效的理論研究方法將會成為隔震溝隔震機理研究的熱點。

隔震裝置、耗能減震裝置的研究與開發(fā)： 一方面要對現(xiàn)有的隔震、耗能減震裝置進行進一步研究，消除其局限性，擴大其適用范圍；另一方面要研究開發(fā)新的、有效的、經(jīng)濟效益好的隔震、減震裝置

智能材料，如形狀記憶合金（SMA）在結(jié)構減震中的應用基礎研究；智能化結(jié)構抗震體系的研究。

隔震、減震裝置耐久性安裝、維修與更換的研究。

隔震、減震系統(tǒng)可靠性研究。

隔震、減震結(jié)構體系的算法、簡化方法和設計方法（規(guī)程）的研究。

4 結(jié)語

對建筑物進行隔震、減震處理將會使得建筑結(jié)構體系變得更加有效、安全、適用、可靠，并且可以降低造價，它們在工程中有著廣泛的應用前景?？梢灶A言隔震、減震技術將成為21世紀建筑結(jié)構防震、減震的重要手段，必將為減輕不利震動對人類造成的危害作出貢獻。

參考文獻

[1] 張雪亮，黃樹棠等著.爆破地震效應.地震出版社，1981.6

[2] 張延年.建筑抗震設計.北京：機械工業(yè)出版社，2011.6

[3] 崔京浩.基礎隔震結(jié)構設計及施工指南.北京：中國水利水電出版社：知識產(chǎn)權出版社，2007

[4]梁興文.結(jié)構抗震性能設計理論與方法.北京：科學出版社，2011.3