隔震技術在鋼結構中的應用

陳大賓 卜少磊

摘要：本文通過對國內外典型隔震鋼結構建筑的介紹，說明了隔震技術在鋼結構中應用也具有隔震結構的優點， 即延長了結構基本周期， 提高了經濟效益，并滿足特殊的建筑功能要求，具有良好的隔震效果。

關鍵詞：鋼結構；隔震技術；復雜結構

從上個世紀中葉開始，美國、日本等國家開始對隔震技術進行了廣泛的研究，并不斷應用于工程實踐中。建筑結構應用隔震技術可以延長結構的自震周期，減少地震發生時結構損傷和破壞，達到保護建筑和生命財產的目的。

1 隔震技術在鋼結構中應用與研究

經過幾十年的研究和發展，現在國內外的隔震技術已日趨成熟，應用漸于廣泛。但相對于混凝土結構，鋼結構中的隔震技術應用相對較少，尤其是在大跨度復雜空間鋼結構、高層和超高層鋼結構中，相應的理論研究和應用仍然有待發展。

1.1 國外鋼結構中的隔震技術應用

國外鋼結構中應用隔震技術較多的國家主要為日本和美國，其它國家也偶見應用。早期，鋼結構隔震主要應用在中、低層的短周期結構中，對結構進行加固改造或加層。隨著社會經濟的發展，越來越多的空間復雜結構和超高層建筑也開始采用隔震技術。

1990年10月建成的日本東伸24大森大樓是一座10層的鋼結構隔震商業建筑，其結構一共采用了12個鋼棒阻尼器和19個天然橡膠支座進行隔震。日本淡路島大阪灣郵政西樓在1994年完工，該建筑是一座6層鋼結構，使用了多種隔震裝置，包括66個Φ800～Φ1000天然橡膠隔震支座、54個Φ1200鉛芯疊層橡膠隔震支座和44個Φ70環狀鋼阻尼器。郵政西樓建成后連續進行了地震觀測，結構隔震的有效性在隨后1995年的阪神大地震中有著充分的表現，地震中所測得的頂層地震反應只有基礎的28.5%和34.3% [1]。

日本新電報大樓在2000年竣工，該大樓共18層，地下3層、地上15層，建筑面積達5萬平方米，組合使用了多種隔震裝置和阻尼器，包括8個有中心千斤頂的高阻尼橡膠支座、8個橡膠彈簧支座和24個高阻尼橡膠支座 [1]。

1991年建成的美國洛杉磯南加州大學醫院是一座7層的隔震鋼結構建筑，建筑平面復雜，而且立面變化也較大，該結構工采用了68個鉛芯疊層橡膠隔震支座和81個疊層橡膠隔震支座。1995年4月加固改造完工的奧克蘭市政廳是一座地下一層、地上18層、總高度99米的鋼結構建筑，因在1989年的地震中受到較大損傷，采用隔震技術進行加固，一共用了111個鉛芯疊層橡膠隔震支座和疊層橡膠隔震支座。同年竣工的美國洛杉磯政府大樓是當時最高的鋼結構隔震建筑，該建筑共28 層，建筑面積82000平方米，采用高阻尼橡膠隔震支座[2]。

1.2 國內鋼結構中的隔震技術應用與研究

近年來我國的隔震技術在鋼結構中應用與研究有著飛快的發展，比較典型的工程項目有

2008年竣工的廣東科學中心、2012年完工的昆明長水國際機場航站樓和在建中的北京新機場。

2008年完工的廣東科學中心是哥大型的綜合性科普場館，建筑面積共13.75萬平方米，共分為5個展區，其中最大的常設展區E區采用全鋼大跨度巨型鋼框架結構，采用6個巨型格構式鋼柱作為支撐結構，單根柱子截面積達36m2。該區應用了隔震減振技術，共采用多種大直徑鉛芯疊層橡膠隔震支座阻尼支座組合隔震，包括當時國內采用的最大直徑Φ1100鉛芯疊層橡膠隔震支座，單根柱下的隔震支座數量約為16個～18個。該結構應用隔震技術后，在結構振型、自振頻率，以及地震效應下的層間位移和加速度都顯示出了良好的減震特性，達到預期中提高結構本身的抗震安全性和保護室內設備儀器和展品等在地震中不受損壞的效果[3]。

昆明長水國際機場航站樓是目前世界上最大的單體隔震建筑，建筑面積為55萬m2，南北長855.1 m，東西長1131.8 m；航站樓地上共有三層，主體結構為鋼筋混凝土框架結構；屋頂為雙曲面網架鋼結構。航站樓同樣組合使用了多種共1810個隔震支座，其中鉛芯支座654個，無鉛芯支座1156個，同時輔助使用了108個粘滯性液壓阻尼器。在航站樓建成不久后的2015年3月9日嵩明4.5級地震中，該結構的隔震效果得到一定程度驗證[4]。

在建中北京新機場總建筑面積約143萬m2，南北長996m，東西寬1144m，主體結構為鋼筋混凝土框架結構，屋蓋及支承系統采用鋼結構。因航站樓C區下部有高鐵和地鐵通過，且結構復雜，單元超長超大（約545m×445m），為提高C區的抗震性能，在該項目應用層間隔震技術，共采用了多種隔震支座和阻尼器共1118個[5]。

這幾個復雜隔震結構的建成，標志我國隔震技術在鋼結構中的應用和研究取得飛速的進展，進入逐漸成熟的階段。

2 結語

隔震技術在鋼結構中的應用有以下一些優點：

（1）延長鋼結構的自振周期。

（2）提高經濟效益，應用隔震技術后鋼結構結構用鋼量可以顯著減少，整體經濟性提高。

（3）對于一些平面、立面不規則且變化復雜的建筑，應用隔震技術有效減小地震反應，以減小對上部建筑設計的限制。

（4）對于一些特殊建筑，如展覽館、博物館、醫院、通訊大樓等有特殊功能要求的建筑，應用隔震技術可以達到在地震中維持生命線工程、保護重要設備，避免中斷建筑功能的作用。

參考文獻：

[1]肖振宇，徐忠根，周福霖.隔震鋼結構的實例介紹.建筑鋼結構進展，2002，2（4）.

[2]徐忠根，周福霖.國內外建筑隔震改造加固概述.華南建設學院西院學報，1999-9，7（2）.

[3]陳大賓.廣東科學中心E區隔震技術[D].廣州大學碩士學位論文，2006：11.

[4]宋廷蘇，安曉文.昆明長水國際機場航站樓減隔震技術應用.城市與減災，2016-09（5）.

[5]束偉農，朱忠義，等.北京新機場航站樓結構設計研究.建筑結構，2016-9上-46（17）.