建筑隔震與消能隔震技術

岳猛

（山西同隆路橋建筑工程有限公司 山西太原 030000）

前言

地震是一種危害極大的突發性自然災害，每次大地震的發生，都會給人類帶來巨大的生命和財產損失。地震在發生的時間、地點和強度等方面有很大的隨機性，建筑的地震反應與結構的動力特性、場地和地震波的頻譜特性等均有關系。地震的這些特點，導致人類雖然對地震進行長時間大量的研究，但迄今仍然不能對地震的發生做出準確的預報，對其仍然缺乏足夠的了解。地震造成的人員傷亡和財產損失90%以上都是建筑物倒塌所致，因此世界各國都在致力于做好建筑的抗震減災工作，致力于提高建筑的抗震設防水平和抗震能力，通過對大量震害經驗總結，抗震理論和技術也在實踐中不斷發展和完善。

1 傳統的建筑抗震技術

我國的建筑抗震技術是在學習國內外先進的抗震經驗，特別是在總結唐山地震、汶川地震、玉樹地震震害經驗的基礎上發展起來的。我國將建筑的抗震設防目標具體化為“小震不壞、中震可修、大震不倒”，為達到這一目標，結構構件必須有足夠的承載力來抵抗地震力。這種設計思想要求建筑的“身體”要足夠硬朗，能抗得住地震力。地震作用不同于其它荷載作用的特點是地震是一種地面運動，地震加速度隨著建筑物由底向上逐漸放大，建筑越高地震反應越大、震害越嚴重。地震力是一種慣性力，與建筑質量成正比，在加大構件截面尺寸提高抗側力承載力的同時地震反應也會增大，這就陷入一種惡性循環中，我們應在經濟和安全之間找到一個平衡點。我國現行的建筑抗震設防標準在很大程度上是由人的主觀經驗判斷來確定的，受到社會經濟發展水平的制約。

2 建筑隔震技術

2.1 建筑隔震技術的原理

建筑隔震技術是指在建筑物的基礎和上部結構之間設置隔震元件，使基礎和上部結構斷開，阻斷地震能量向上部結構傳遞，達到隔震抗震的目的。

式中：T為結構自振周期；m為結構等效質量；k為剛度系數。

式中：α為地震影響系數；Tg為特征周期；T為結構自振周期；γ為衰減指數；η為阻尼調整系數；αmax為地震影響系數最大值。

經過人們的不斷探索，建筑隔震技術已經系統化、實用化，它包括摩擦隔震系統、摩擦擺系統、隔震系統、隔震橡膠支座系統等。在諸多隔震系統中，隔震橡膠支座系統是世界研究和應用的主流。該隔震系統由一層層鋼板和橡膠經硫化粘合而成，在地震時能產生較大的位移，減小結構的剛度，延長結構的自振周期，降低結構的水平地震影響系數，一般可將結構的水平地震反應降低60%左右，能有效減輕建筑地震損傷。

2.2 建筑隔震技術的優點

隔震技術被美國地震專家稱之為“40年來世界地震工程最重要的成果之一，基礎隔震技術的使用使建筑在地震中不倒塌真正成為可能，使其成為減輕地震災害最有效的手段之一。”從“抗”到“隔”，雖然只是一字之差，卻是人類抗震技術一次重大飛躍，對地震由被動防御變為主動防御。由于隔震層的“隔震”作用，上部結構的地震反應以第一振型為主，近似平動，地震作用可以減小到1/4～1/8，大大提高了建筑的抗震安全性，降低了抵抗地震力所用材料，使建筑物的上部結構設計更加靈活。

目前正在建設中的北京新機場航站樓，采用了先進的組合隔震技術，共設置1232個橡膠隔震支座和彈性滑板支座，大幅度提高航站樓的抗震性能。

3 建筑消能減震技術

3.1 建筑消能減震技術的原理

建筑消能減震技術是指把建筑物的某些部位設置消能器，通過消能器的相對變形或相對加速度提供附加阻尼，來消耗輸入建筑物的地震能量，達到減震抗震的目的。耗能器（又稱阻尼器）是通過材料黏滯特性（速度相關型，主要包括黏滯消能器和黏彈性效能器）或塑性滯回特性（位移相關型，主要包括金屬屈服型效能器和摩擦型效能器）來消耗地震能量的元件。在強烈地震作用下，在結構主體還處于彈性工作狀態消能裝置就率先進入耗能狀態，消耗大量地震能量，有效地保護了主體結構。

3.2 建筑減震技術的優點

采用消能減震技術后，可以使建筑的抗震（風）能力、風荷載作用下的舒適度、抗震（風）可靠性和災害防御水平大幅度提高。消能減震技術具有減震機理明確，效果顯著，構造簡單，安全可靠，經濟合理，維護方便等特點。在進行抗震設計時，可在承載力薄弱部位或震害嚴重部位，通過設置阻尼器來保護結構構件，而且耗能消能器破壞后，還可以方便地更換。

4 隔震技術與消能減震技術的比較

隔震技術與消能減震技術既適用于新建建筑，又適用于已建建筑的抗震加固和改造，由于抗震原理的不同，導致其適用范圍有很大差別。

4.1 抗震原理不同

隔震技術通過降低向主體結構輸入的地震能量來抗震，是一種主動抗震技術；而消能減震技術通過消能裝置耗散或吸收一部分地震能量，減少結構主體的地震反應來抗震是一種被動抗震技術。

4.2 適用范圍不同

（1）隔震橡膠支座只能隔離水平地震力，不能隔震豎向地震力，而消能裝置可同時減少建筑物受到的水平和豎向地震作用。

（2）隔震技術只適用于結構抗震，而消能減震技術同時適用于結構抗震和抗風。

（3）隔震技術在低層和多層建筑中應用較多，而消能減震技術適用范圍更廣，結構類型和高度均不受限制。

5 小結

從隔震技術和消能減震技術的實際使用效果來看，同樣按現行抗震規范設計的建筑，應用隔震或消能減震技術的房屋抗震設防目標高，地震安全性明顯提高，對重要的建筑物應優先選用減震和消能減震技術。