超高層建筑隔震橡膠支座在隔震結構中的應用

索建臣(昆明新正東陽建筑設計有限公司,云南昆明 650000)

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超高層建筑隔震橡膠支座在隔震結構中的應用

索建臣
(昆明新正東陽建筑設計有限公司,云南昆明 650000)

【摘 要】隔震技術在近些年得到了較快發展,隔震技術的核心裝置是建筑物隔震橡膠支座,采用隔震技術是為延長建筑結構周期,如果遇到地震,隔震支座來承擔建筑物結構變形,防止能量向建筑物上方傳遞,進而減小建筑物結構受到的影響。本文主要論述了橡膠隔震支座的構造和特征、一般抗震技術和隔震技術的區別、基礎隔震技術原理。

【關鍵詞】超高層建筑 隔震橡膠支座 防震結構

1 引言

地震是自然醒災害，如果地震發生，人們會受到災難性危害，所以，人們在降低地震災害與預防地震方面有深入的研究，利用各種方法探索新的抗震技術。自基礎隔震技術出現以后，基礎隔震技術得到了迅速發展，并在隔震建筑物中得到了廣泛運用。橡膠隔震支座是最常用的隔震結構裝置之一，它主要含有鉛芯橡膠支座、普通橡膠支座及高阻尼橡膠支座。鉛芯橡膠支座所運用的橡膠材料是天然橡膠，結構里增加鉛芯，水平方向的等效阻尼很大，有較強水平復位功能。普通橡膠支座所運用的橡膠材料是天然橡膠，其水平等效阻尼較小。高阻尼橡膠支座所運用的橡膠材料是高阻尼橡膠，其水平等效阻尼很大，通常為15%左右。隔震橡膠支座具有水平變形特性、豎向變形特性和拉伸特性。

2 橡膠隔震支座的構造和特征

2.1 橡膠隔震支座的構造

建筑物隔震橡膠支座有多層鋼板與多層橡膠疊置而成，它們對應每座橋梁、每個建筑物要求不同，而有不同制造工藝、疊層結構及設計方案，進而滿足需要的側向變形、耐久性及垂直剛度。隔震結構中鉛芯橡膠支座在我國隔震結構設計方面運用的非常廣泛，它主要用于加固建筑工程、新建隔震結構、雨篷等支座。鉛芯橡膠支座是天然橡膠支座中心附近豎直壓入高純度鉛芯而制作的，它是利用內置鉛芯剪切變形而發揮吸收和耗散地震能量。鉛對塑形循環有良好的耐疲勞性，鉛芯可以增加支座初始剛度，非常適合常態下運用。鉛芯橡膠支座有著加工規范、構造簡單、方便安裝的特征。

2.2 橡膠隔震支座的特征

鉛芯橡膠支座有一些基本特性：可變水平剛度特性，在鉛芯發生屈服之前支座的水平剛度很大，能夠滿足風荷載影響和微小地震的平時運用要求，遇到較大地震，鉛芯會屈服，屈服之后支座剛度會減小，進而耗散地震的能量，使主體結構受到的影響變小；豎向承載特性，如果鉛芯橡膠支座設計的非常合理，那么支座具有良好的豎向承載特征，該特征可以確保設計水平變形條件變化時其具有良好豎向承載能力。彈性復位能力，橡膠支座里的天然橡膠有著良好彈性，如果鉛芯橡膠支座設計的十分合理，就可以確保支座水平出現變形過程中具有良好彈性復位功能；柔性連接特性，建筑物主體結構和子結構間是通過鉛芯橡膠支座實現柔性連接，鉛芯橡膠支座的實用性非常強，它在雨篷支座、連廊制作中運用的越來越多。隔震結構有許多優點，隔震體系可以保護非結構與結構構件和建筑物設施的安全性，使建筑物在地震以后可以繼續使用。隔震結構可以減小建筑結構水平方向所地震的作用和影響，目前已經有很大工程經驗與試驗證明隔震能夠讓結構水平地震影響降低一半以上，尤其是在地震很少發生的地段，隔震結構的隔震效果會更好。隔震橡膠支座的抗低周期疲勞性能和抗臭氧老化、耐水性都很好，它的壽命可以達到90年左右，并有足夠安全儲備，隔震層可以在很多次的地震過程中自動進行復位，摩擦隔震體系就沒有此功能。除此之外，施工和設計也十分方便，由于隔震橡膠支座配方和設計較合理，安全可靠度很高，建筑工程設防目標正常都可以提升一個等級。隔震建筑工程可以做到大震不失去運用功能，中震不發生損害，小震不壞的功能，它的潛在社會效益與經濟效益都非常客觀。

3 一般抗震技術和隔震技術的區別

建筑隔震橡膠支座是目前基礎隔震技術的一個高新技術產品，它把下部地基結構和上部建筑結構相隔離，因為隔震橡膠支座柔性很強、隔震層的剛度很小，在地震出現時，隔震層就會起到“隔”的作用，隔震層負責承受地震的移位動力，進而耗散或者隔離地震能量，減少或防止地震能量發生傳輸。以往傳統抗震技術普遍具有“抗”的特點，地基和建筑物基礎緊密連接在一起，因為地震作用影響，上部的建筑物結構產生運動，上部結構對地面作用力具有放大作用，因此，上部的建筑物結構需要承受較大地震破壞力，如果建筑物材料承載能力不能滿足要求，建筑物會坍塌或破壞，導致地震災害現象發生。所以，基礎隔震技術已由“抗”轉為“隔”，已經突破人們以往設計理念。

4 基礎隔震技術原理

建筑物地震反應譜能夠充分證明基礎隔震技術原理，結構周期和阻尼比是對建筑工程地震反映有著重要作用和影響的兩個因素，普通非隔震的中層建筑物與低層建筑物周期很短、剛度角度，它們的基本周期多數在地震輸入能力非常大的頻段。所以，對應加速度的反應要多于地面運動，但是位移反應很小。若建筑物周期延長、阻尼保持不變，那么加速度的反應會迅速降低，然而位移反應增加。若結構阻尼不斷加大，加速度的反映會連續減弱，位移反映大大降低。所以，利用隔震支座延長建筑結構周期，再加大結構阻尼，能夠有效降低結構加速度反應。與此同時，給結構帶來很大位移影響也是隔震支座隔震層提供的，上部建筑結構在地震發生過程中會出現接近平移運動，進而提高上部建筑結構安全度。

5 隔震橡膠支座的實際運用

建筑隔震橡膠支座早在20世紀就充分表現出良好的隔震性能。20世紀末日本阪神地區發生過里氏7.2級地震，該地震造成了嚴重的損失，里地震震中35公里處的郵政大樓因為運用了基礎隔震技術，整幢大樓機會未受任何影響。郵政大樓基礎隔震技術具有良好的減震隔震效果，其周圍地震危害程度高達震度7度。基礎隔震技術是21實際最新的抗震技術，建筑隔震橡膠支座是跨世紀抗震產品。

6 結語

將隔震橡膠支座運用在隔震結構中時，要全面分析支座力學性能影響因素，通過組織壓剪試驗獲得支座力學性能參數。因為鉛會污染地理環境，使用鉛芯隔震橡膠支座范圍會受到管束，所以，利用高阻尼材料 隔震橡膠支座會是未來一個重要研究方向。目前我國地震帶附件建筑物層數很高，隔震橡膠支座會是直徑大于1300mm的隔震橡膠支座。

參考文獻:

[1]周倩南,傅昶彬.結合新規范分析我國高層隔震技術研究現狀及新問題[J].四川建筑科學研究,2011(04).

[2]穆琳.高層建筑雙層橡膠支座分段隔震技術研究[D].蘭州理工大學,2013.