建筑結構隔震技術探究

于定學

（云南城市建設工程咨詢有限公司，云南昆明 650102）

建筑結構隔震技術具有較好的經濟性、良好的耐久性、完善建筑功能、地震后的復位性。在工程建設中，強化應用隔震技術，對提升建筑工程質量具有積極意義。在地質活動比較活躍的地區使用建筑結構隔震技術是最為理想的選擇，同時能有效降低人民財產損失及生命傷亡，起到最大的減震作用。

1 建筑結構的隔震技術發展

1.1 國外建筑結構隔震技術發展分析

早在20 世紀的中期階段，建筑結構的隔震技術便獲得突飛猛進的發展。美國、日本等科技水平發展水平較高的國家已經深入的對建筑結構隔震技術展開了詳細的研究。除此之外，對于其理論成果和實踐成果的研究，也更是效果顯著。時間推移到70年代，新西蘭的著名研究學者便首先完成鉛芯疊層橡膠支座的開發，其開發結果對整個建筑結構隔震技術朝向實踐化方向發展做出極大的推動。之后在1984 年的美國和1985 年的日本，也首次完成隔震建筑建設。在20 世紀末期，在全世界范圍內的至少30 個國家和地區紛紛投入力量對建筑結構隔震技術深入探究，相繼在日本，法國，美國，新西蘭和意大利等多個國家興建了超過數百座的隔震建筑物。其中由于日本屬于地震多發國家，對于其研究的力度和深度最為廣泛，技術發展的速度也相對較快。特別是在1995 年的阪神大地震當中，日本選擇使用橡膠支座隔震建設完成的建筑，所以經受住了阪神大地震的考驗。建筑結構在施工建設時，通過使用隔震技術能夠使其具備良好的性能，其建筑隔震技術也獲得了政府部門的大力推廣。如今，在很多國家當中，建設完成的醫院、辦公樓等建筑均紛紛投入使用了隔震技術。建筑結構施工建設時所使用的隔震技術已經逐漸的在住宅建筑領域當中進行使用。同樣，日本擁有最多的隔震建筑，也是對隔震技術應用最為廣泛的國度，接近9000 棟的建筑物在建筑結構設計與實施時應用了隔震技術。通過相關資料可知，在日本最高的隔震建筑，其高度已經達到了177m。在使用隔震技術時，所選擇使用的隔振裝置也大多使用的是夾層橡膠隔震墊。在早期階段所使用的隔振系統，大多數是有機結合了鉛芯橡膠支座或者是天然橡膠支座加阻尼器實現其性能。在最近這些年，建設隔震建筑時普遍將重點放在高阻尼天然橡膠支座方面。在2011年3 月時，日本發生一次9.0 級大地震。由于使用高阻尼天然橡膠支座而使得日本在本次地震當中，房屋建筑以及室內儀器設備幾乎沒有受到任何損壞。由此可見，合理地應用高阻尼天然橡膠支座，可以保證建筑結構表現出良好的抗震性能。

1.2 國內建筑結構的隔震技術研究進展

在1980 年的后期階段，我國的研究人員也逐漸開始注重橡膠支座隔震技術的研究。由于受到國家自然科學基金會的支持，以中國建筑科學院為首的技術人員帶頭深入開始探究橡膠隔震支座的開發與設計，以及在應用的過程中所面臨的各種問題，從而提出了橡膠支座隔震建筑的成套技術。早在1993 年的時候，我國的周福霖院士便最早的將隔震建筑的設計理念進行應用。在1994 年時，聯合國工業發展組織權威專家將周福霖院士所設計完成的隔震居民樓稱為世界建筑隔震技術發展的第三個里程碑。步入新世紀，在新世紀初期，我國編訂的《建筑抗震設計規范》中首次將建筑隔震與消能減震的技術列入其中，由此而充分的表現了在我國的隔震消能技術已經發展到相對成熟的階段。在2008 年經歷了一次汶川地震以后，我國又重新的將防震減災法進行修訂，在修訂完成的防震減災法當中，新增加了一條條例，國家鼓勵支持對符合抗震設計要求的新型技術、新型工藝以及新型材料進行研發和推廣使用。之后在2010 年，我國全新修訂的《建筑抗震設計規范》當中，又相對較大的對隔震技術使用的范疇進行了調整。將設計的減震隔震建筑工程環節所制定的各種限制予以取消，使得建筑工程施工建設時面臨著更加便利的施工條件和更加良好的施工環境，對加快發展隔震建筑具有積極意義。在2014 年2 月的時候，我國住房和城鄉建設部門又相繼的針對于建筑結構的隔震技術發布全新文件，進一步為推廣該技術提供支持。在經過最近這些年的環境轉變影響中，隔震技術的相關標準和規范已經逐漸趨向于完善，加大對建筑隔震技術應用的支持，也為改善建筑行業施工環境提供強有力的保證。

我國云南省位于喜馬拉雅火山地震帶上，該地區多山多地震，引起政府的格外重視。隔震建筑由于研究和推廣時間較早，開發完成了性能較高的橡膠隔震支座，加快培養了具有高新技術水平的設計人員和技術力量，使得如今云南取得相對成熟的成果。所以在云南地區所研究的隔震技術以及其應用的效果，已經走在全國的前列，也是目前在我國應用隔震技術建設建筑結構范圍最廣的地區之一。截至目前，建設而成的隔震建筑物已經超過2000 棟，其中還包含有全球最大的隔震建筑和最高的隔震建筑群等一系列具有標志性的建筑物。其次是四川、新疆、陜西、甘肅等地區建成隔震建筑100 多棟，河北、江蘇、北京、天津、山西、山東超過50 棟，其他省市應用相對較少。

2 建筑結構的隔震技術發展方向

從宏觀的角度而言，我國在研究和應用建筑結構隔震技術時，水平還相對較低。我國設計具有隔震能力的建筑結構、開發相關的產品、強化施工技術的應用，相比較于國外科技水平發展程度較高的國家而言，仍舊存在著很大的差距，如今隔震技術仍舊處于發展的成長期。在未來，我國建筑工程中所使用的隔震技術無論是理論體系還是產品開發以及施工技術的精細化應用，都面臨著廣闊的發展空間。想要加快提高我國在建筑結構領域當中應用隔震技術的水平和效果，那么便應該注重對隔震技術研究的多樣化和精細化，使其逐漸朝向實用化方向發展。在建筑結構工程建設當中，應用和發展隔震技術主要是圍繞以下幾個方面展開：①使得具有單一性的隔震元件逐漸朝向具有多功能化的隔震體系發展，將原有的單一水平隔震轉變到三維隔震。立足于目前應用的基礎隔震，使其朝向層間隔震方向發展；②逐漸開發性能較高、穩定性較高的隔震產品。加快推動在大型公共建筑以及高層公共建筑當中的橡膠支座應用，包括有高阻尼橡膠隔震支座直徑、橡膠隔震支座以及滑板支座等。將設備新材料靈活的運用在隔震設備制作當中；③在應用隔震技術領域，逐漸從多層建筑結構的隔震技術應用朝向高層和大跨建筑工程結構的隔震技術發展。轉變單一建筑隔震，使其朝向整體性隔震領域發展，使隔震技術不僅僅在加固和改造建筑物抗震性能領域進行使用，也注重提升隔震技術的發展前景，使其更加便利的為建筑結構設計與建設提供支持。另外還需要將其運用在農村居民的結構中，減少地震災害所帶來的消極影響。

3 建筑結構隔震技術特點分析

3.1 隔震技術使用裝置的特點

隔震技術可以簡單的將其理解為一種能量的輸入，是通過利用建筑結構的上層和下層之間所設置的隔震層來將地震所產生的能量對于建筑物所形成的影響進行消減。在最近這些年，科學技術的發展使得人們對于隔震裝置的研究力度和深度不斷加大，開發和研制的隔震裝置種類也逐漸趨多。根據隔震裝置使用的原理差異可以將其劃分為兩大類：①滑動支撐隔震裝置；②彈性支撐隔震裝置。彈性支撐類的隔震裝置主要是通過使用鉛芯橡膠隔震支座、高阻尼橡膠隔震支座以及夾層橡膠隔震支座實現其隔震性能。在一般情況下，所選擇使用的橡膠大多為柔性材料[1]。當地震發生時，橡膠將會出現大水平的形變現象，阻止具有能量的地震波朝向上層建筑結構進行傳遞，減少上層建筑結構所受到地震時的影響，將滑動界面安裝在滑動支撐類隔震裝置的內部。倘若由于地震所造成的慣性力變大，甚至超出最大靜摩擦力的時候。那么上層建筑結構便可以在隔震裝置的影響之下而出現滑動，這樣便可以有效地規避地震所傳輸的能量影響到上部結構。其中最為常見的有滾動隔震裝置、水平摩擦滑動隔震支座以及摩擦擺隔震支座。

圖1 隔震裝置安裝效果

任何關于建筑結構工程建設的技術在提出與推廣的時候，均需要經歷研究、實驗、試點等過程。抗震新技術尤其要經過發生概率較低的大地震的實際檢驗方可推廣應用。橡膠隔震支座歷經了接近50 年的研究與發展，目前橡膠隔震支座結構簡單、造價合理、理論和試驗研究成果比較豐富和完善，且經歷多次地震檢驗效果明顯，標準相對健全，技術較成熟，已進入推廣應用期。在今后較長時期橡膠隔震支座將成為建筑隔震依托的主要產品[2]。目前，我國建筑上使用最多的是普通橡膠支座和鉛芯橡膠支座。普通橡膠支座阻尼較小，地震作用下的水平位移較大，但變形后的恢復性能好。鉛芯橡膠支座在罕遇地震作用下水平位移較小，但是對于高頻波的隔震效果相對較差，且上部結構高振型影響較大，針對兩種橡膠支座的性能特點，通常采用兩種橡膠支座合理組合的建筑隔震體系可以達到較好的隔震效果，同時隔震層罕遇地震下的變形也能得到較好的控制。由于鉛芯橡膠支座在生產和使用過程中存在環境污染風險，所以國際上開始探索使用高阻尼橡膠支座作為升級替代產品，高阻尼橡膠支座阻尼和水平剛度依賴于應變頻率和幅值，對高頻波的隔震效果較好。高阻尼橡膠支座對橡膠材料性能要求較高，影響支座性能的因素較多，在試驗研究及結構設計上尚有許多難點需要突破[3]。另外，由于市場工藝水平的限制，過去我國建筑隔震支座產品尺寸較小、性能不穩定、產品繁雜，隨著工藝水平的提高，標準化的高性能大尺寸隔震產品必將成為主流，以適應更高的建筑抗震性能要求。

橡膠隔震支座的應用領域較為廣泛，即可用于隔離地震引起的振動，也可用于隔離設備振動或環境振動。在建筑工程上橡膠隔震支座廣泛用于醫院、學校、通訊、消防、電力、金融、博物館、核電站等重要建筑，以保證地震后結構和設備完好，功能不中斷。近年來在住宅項目上也有大量應用。橡膠隔震支座還廣泛用于公路、鐵路橋梁，以防止由地震引起交通中斷，削弱車輛引起的振動和溫度變形[4]。在設備隔震方面，橡膠支座用于貴重設備隔震和隔離震動設備引起的振動，橡膠支座還可用于石油浮放儲罐和輸油管線的隔震。

3.2 橡膠支座隔震系統的特點

建筑隔震技術是最近40 年來抗震防災工程領域最重大的創新技術之一，現階段具有無可比擬的優越性，能降低地震力50%～80%。它能使結構安全性成倍提高，并能保護內部設備儀器，在地震后不喪失使用功能，實現結構、生命、室內財產“三保護”，近年來其優異的抗震效果在國內外大地震中得到了檢驗。

圖2 橡膠支座隔震系統的特點

4 監理單位控制要點

4.1 項目監理部預控工作要求

（1）組織圖紙會審與實施交底。

（2）項目監理部審查施工單位的質量保證體系。

（3）項目監理部審查施工單位隔震支座專項方案的報審。

（4）項目監理部審查檢測機構資質。

（5）項目監理部審查測量儀器的報審。

（6）項目監理部審查報審資料的重點、難點。

（7）組織圖紙會審與實施交底的重點、難點。

（8）建筑隔震工程的圖紙會審要注意下列內容：

①詳細檢查各處隔離縫的縫寬，是否滿足設計圖紙規定。

②隔震支座上下支墩截面尺寸是否滿足支座安裝的規定。

③支座預埋件與上下支墩中鋼筋位置是否發生沖突。

實施交底前應編制隔震專項施工組織設計或施工技術方案，隔震專項施工技術交底時應注意設計單位對建筑隔震的功能與特點、設計意圖與要求，特別是隔震工程施工過程中，隔震層與上部結構和下部結構的工序搭接、支座安裝、穿越隔震層的管線安裝中應注意的事項等的說明[5]。

4.2 項目監理部審查檢測機構資質的重點、難點

監理工程師應按照《建設監理規范》的要求對隔震支座檢測的實驗室進行審查，除了一般性的審查外，還應重點審查資質等級和試驗范圍是否含有橡膠隔震支座檢測資質。施工單位自檢、報驗支座和阻尼器產品進場應提供下列質量證明文件：原材料檢測報告、連接件檢測報告、產品合格證、出場檢驗報告、型式檢驗報告、其他必要證明文件、現場實物檢查。應對建筑隔震工程的支座、阻尼器及其連接件等進行進場驗收，可按規范附錄B記錄[6]。

支座：規格型號；進場數量；生產廠家（合格證號）；檢驗項目（外觀、尺寸偏差、力學性能）。

注：力學性能包含：壓縮性能、剪切性能、水平極限變形能能力。尺寸偏差檢查包括平面尺寸、支座高度等內容（質量證明文件查驗和對外觀質量及尺寸偏差的抽檢）。

連接板：規格型號；進場數量；生產廠家（合格證號）；檢驗項目（平面尺寸偏差、厚度偏差、螺栓孔位置偏差、地腳螺栓長度尺寸偏差、平整度偏差）。

阻尼器：規格型號；進場數量；生產廠家（合格證號）；檢驗項目（外觀、尺寸偏差、高強螺栓、力學性能）。

5 結語

建筑工程的質量關系到社會穩定與人們的生命財產安全，如何加強建筑工程的穩定性和可靠性，是現代建筑工程人員工作的重中之重。本文簡要分析隔震技術的發展現狀與應用特點，形成對隔震技術的初步認知，通過歸納其相關的施工準備工作和施工技術，為發展隔震技術提供借鑒。