建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)研究

安慶九

【摘要】建筑隔震技術(shù)可以在同樣抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)前提下降低既有建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件尺寸與配筋率，降低工程造價(jià)，減小工程風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)人民群眾的生命安全和生產(chǎn)生活物資安全，其經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益十分顯著。本文進(jìn)一步分析了建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)，以供同仁參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；隔震技術(shù)

1、隔震理論及減震結(jié)構(gòu)原理

隔震是在建筑物的基礎(chǔ)、底部結(jié)構(gòu)上下部之間設(shè)置相關(guān)的隔震器和隔震層，隔離地震向上傳遞能量的方式，減少對(duì)上部地震能量的傳輸力度，降低建筑上部機(jī)構(gòu)的地震反映，使建筑達(dá)到防震的效果。

建筑物的運(yùn)動(dòng)性取決于自振的周期和阻尼，而自振的周期又和建筑物的質(zhì)量和剛度有關(guān)系。可見減震結(jié)構(gòu)的原理就是利用隔振器和阻尼器的相互作用進(jìn)行工作。當(dāng)阻尼在0.5～1.5之間時(shí)，對(duì)減震的效果較為明顯，阻尼的取值越小，動(dòng)力細(xì)數(shù)就越大，相反就越小。因此，當(dāng)結(jié)構(gòu)的固有頻率和干擾頻率接近時(shí)，增加阻尼就會(huì)減少結(jié)構(gòu)的反映。當(dāng)阻尼在1時(shí)，阻尼比就會(huì)從0.05增加到0.1，動(dòng)力放大系數(shù)減少50%，而阻尼增加到0.2時(shí)，動(dòng)力放大系數(shù)減少75% 。

2、隔震系統(tǒng)的常用方法

隔震系統(tǒng)比較常見的有水平摩擦滑動(dòng)隔震系統(tǒng)，滾動(dòng)隔離系統(tǒng)和摩擦擺隔震系統(tǒng)。水平摩擦隔離滑動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)常在與限位裝置一起配合使用。防滑材料主要是由滑石粉、不銹鋼板、石墨砂漿等材料組成。滾動(dòng)隔震系統(tǒng)主要是利用滾珠、滾軸和其他幾何復(fù)位特征來(lái)實(shí)現(xiàn)減震的目的。摩擦擺隔震系統(tǒng)采用與多層橡膠并用的滑動(dòng)支撐，不銹鋼表面制作成凹球面，通過(guò)建筑物結(jié)構(gòu)的自身重量來(lái)形成復(fù)原力。摩擦滑動(dòng)的位移裝置具有較大的初始剛度，在滑移時(shí)剛度的增量幾乎為零。在建筑結(jié)構(gòu)受到地震較小的水平激勵(lì)時(shí)，摩擦滑動(dòng)位移的裝置可以提供足夠的摩擦力來(lái)阻礙建筑物上部結(jié)構(gòu)相對(duì)地面的滑動(dòng)；當(dāng)?shù)卣饚?lái)的水平力較大，超過(guò)了摩擦滑移裝置能夠提供的最大摩擦力時(shí)，滑動(dòng)面開始滑動(dòng)，摩擦滑移裝置開始發(fā)揮作用，此時(shí)進(jìn)入建筑物上部結(jié)構(gòu)的地震能量依舊可以控制在一定范圍之內(nèi)，不會(huì)隨著地面能量的增加而增加，可以充分保證建筑物上層結(jié)構(gòu)的安全。

3、建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)分析

3.1混合隔震技術(shù)的應(yīng)用

混合隔震是由橡膠支座和摩擦滑動(dòng)支座組成的，又稱組合隔震或是并聯(lián)復(fù)合隔震。它能夠?qū)煞N隔震支座的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，并且可以控制延長(zhǎng)系統(tǒng)的自振周期，使隔震效果更為顯著。

3.2隔震加固技術(shù)的應(yīng)用

隔震加固是對(duì)已有隔震技術(shù)的建筑進(jìn)行隔震改造，2010 年中國(guó)首次采用隔震技術(shù)對(duì)山西省沂州市的中小學(xué)校舍進(jìn)行隔震加固，隔震加固之后建筑物已達(dá)到中小學(xué)建筑乙類的標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行隔震加固處理時(shí)，核心工作就是托換，就是將已經(jīng)建成的建筑物設(shè)置于隔震支座之中，目前最為常用的處理方法就是磚混結(jié)構(gòu)隔震加固技術(shù)，在操作的過(guò)程中，可以先對(duì)部分墻體進(jìn)行施工，待這一部分墻體的施工結(jié)束后，切斷墻體，那么就完成了隔震加固工作。

3.3滑動(dòng)隔震支座的應(yīng)用

滑動(dòng)隔震技術(shù)是指在隔震層中設(shè)置滑動(dòng)材料，使摩擦力降低，基礎(chǔ)向上部結(jié)構(gòu)傳遞的地震作用力有限，從而起到保護(hù)的作用。不僅如此，滑動(dòng)隔震還能避開任何地震波產(chǎn)生的共振效應(yīng)，降低結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。國(guó)內(nèi)大多數(shù)采用的滑動(dòng)材料為石墨、砂粒和滑石粉等經(jīng)濟(jì)型材料，雖然價(jià)格低廉，卻同時(shí)存在著諸多問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外學(xué)者便對(duì)此展開研究，最終開發(fā)出較為成熟的滑板式隔震支座和摩擦板隔震支座兩種支座。（1）滑板式隔震支座滑板式隔震支座的優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定，耐磨性高，屬于純摩擦滑動(dòng)隔震系統(tǒng)，但也存在著隔震層變形較大，不能自動(dòng)復(fù)位等問(wèn)題。由于國(guó)內(nèi)還未有滑板式隔震支座使用方面的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，因此在國(guó)內(nèi)還未產(chǎn)生廣闊的市場(chǎng)。（2）摩擦板隔震支座摩擦板隔震支座是一種具有自主復(fù)位能力的裝置，具有良好的工程性能，受到國(guó)內(nèi)外的一致追捧。經(jīng)過(guò)一系列的試驗(yàn)研究，最終發(fā)現(xiàn)摩擦板隔震支座具有優(yōu)異的耐久性和滯回性，并且在高溫和載荷負(fù)重等高強(qiáng)度條件下，依然具有較高的可靠性。

3.4橡膠隔震支座的應(yīng)用

（1）普通橡膠隔震支座它是由薄鋼板和薄橡膠板分層交疊在高溫高壓的條件下硫化而成，具有極高的縱向受壓承載能力和水平變形能力。目前此橡膠隔震支座的制作工藝已基本成熟，但在材料的選擇以及性能方面仍存在一定的問(wèn)題。（2）鉛芯橡膠隔震支座鉛芯橡膠隔震支座是指在將鉛注入到普通橡膠隔震支座之中，提升自阻尼值，該種方式可以有效保證結(jié)構(gòu)的抗震性能。但是，橡膠隔震技術(shù)在鋼板與膠層的粘合上，還存在一些漏洞，鋼板與橡膠層會(huì)由于各種因素的影響出現(xiàn)撕裂問(wèn)題，為了解決這一問(wèn)題，需要采用適宜的粘合劑，并具備成熟的粘合工藝。

4、建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)的實(shí)現(xiàn)路徑及方法

4.1實(shí)現(xiàn)路徑

（1）隔震研究方向?qū)儆诮Y(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的更高層次的分支，該學(xué)科較為復(fù)雜，需要防災(zāi)減災(zāi)與防護(hù)工程專業(yè)人才的支持與支撐，與施工企業(yè)一起，完成理論與實(shí)踐結(jié)合的目標(biāo)。

（2）需要與在技術(shù)研究領(lǐng)域有多年研究經(jīng)驗(yàn)的教授合作，進(jìn)行耗費(fèi)較大的動(dòng)力試驗(yàn)，主要是振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)和MTS 耗能原件滯回性能試驗(yàn)，其耗資較大，試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕ⅰ⒄駝?dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)的搭設(shè)頗費(fèi)時(shí)間與金錢。

（3）由于房屋建筑結(jié)構(gòu)體系多樣性強(qiáng)，對(duì)于混凝土框架和普通剪力墻結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)和分析和對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的分析需要試驗(yàn)-仿真雙重模擬，需要投入大量的人力專門專項(xiàng)，分頭同步進(jìn)行研究。

4.2實(shí)現(xiàn)方法

（1）施工單位開展隔震研究，主要是把近幾年的隔震施工技術(shù)成果進(jìn)行分析總結(jié)，完成設(shè)計(jì)優(yōu)化、與施工優(yōu)化的分析，能夠使得隔震設(shè)備在地震下更好地發(fā)揮效能，救災(zāi)減災(zāi)，保護(hù)人們生命財(cái)產(chǎn)安全。

（2）通過(guò)開展既有隔震建筑加固改造，對(duì)近年來(lái)地震預(yù)測(cè)區(qū)的既有重要建筑進(jìn)行改造示范，優(yōu)化設(shè)計(jì)、便捷快速施工，形成既有建筑抗震能力的提升。

（3）預(yù)制裝配式建筑的震害比較厲害，也是唐山震害后一直沒(méi)有復(fù)興的主要原因，通過(guò)研究與預(yù)制裝配式建筑相適應(yīng)的隔震技術(shù)，減小預(yù)制構(gòu)件的尺寸和含鋼率，增加預(yù)制構(gòu)件的震害生存指標(biāo)。

結(jié)語(yǔ)：

隔震技術(shù)具有傳統(tǒng)抗震技術(shù)所無(wú)法比擬的優(yōu)越性，其效果已經(jīng)歷了強(qiáng)震的檢驗(yàn)，從世界范圍看，隔震技術(shù)已發(fā)展到實(shí)用化階段。但是建筑隔震技術(shù)是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的技術(shù)，涉及到規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工等多個(gè)環(huán)節(jié)，尤其是造價(jià)等因素的影響，嚴(yán)重的妨礙了它的推廣使用，因此，必須結(jié)合土建特點(diǎn)，從效果、工藝、造價(jià)、維修等方面繼續(xù)研究完善已有的和開發(fā)新的經(jīng)濟(jì)高效的隔震裝置和體系。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃永林，孔建國(guó)，章熙海，張雪亮.基礎(chǔ)隔震技術(shù)的發(fā)展及其對(duì)未來(lái)建筑設(shè)計(jì)思想的影響[J].工程抗震，2000（1）：24—29.

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