疊層橡膠墊隔震體系淺析

楊圣輝

摘要：減輕地震災(zāi)害損失，傳統(tǒng)的方法是抗震設(shè)計(jì)，既針對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，保證“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)。但這抗震結(jié)構(gòu)屬于“剛性”結(jié)構(gòu)，其地震反應(yīng)是放大的。1881年日本學(xué)者河合浩藏提出了隔震的概念，實(shí)現(xiàn)了減弱地震對(duì)建筑物的作用減弱的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：地震反應(yīng)，結(jié)構(gòu)隔振

所謂隔震是一種“柔性隔震”方法，在建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間用隔震耗能裝置隔斷，地震時(shí)隔震耗能系統(tǒng)消耗大部分地震能量并且承擔(dān)建筑物的大部分位移，從而使建筑物上部結(jié)構(gòu)在地震作用下“整體平動(dòng)”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，隔震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)是抗震結(jié)構(gòu)的1/4～1/12，大幅度的提高了結(jié)構(gòu)的安全度。在隔震設(shè)計(jì)中疊層橡膠墊的應(yīng)用較為廣泛。

1 隔振結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

與傳統(tǒng)的抗震技術(shù)相比，隔振技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)越性，但同時(shí)也存在不足之處。

（1）隔振結(jié)構(gòu)能夠有效的減輕建筑物的地震反應(yīng)，使樓面振動(dòng)平緩，理論計(jì)算結(jié)果隔振結(jié)構(gòu)與抗震結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)比在0.25-0.08之間[1]。

（2）在地震中，上部結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài)。極大的提高了建筑結(jié)構(gòu)的安全度，對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)有了更大的保障。

（3）經(jīng)濟(jì)性方面，相對(duì)于抗震結(jié)構(gòu)，對(duì)結(jié)構(gòu)的要求較低。隔震設(shè)計(jì)中增加了隔震層，但同時(shí)構(gòu)件的截面和配筋相對(duì)減少，使用面積有所增加;震后維修費(fèi)用低。一定程度上降低了建筑物的造價(jià)。從國(guó)內(nèi)已建隔震結(jié)構(gòu)來(lái)看，7到9度區(qū)節(jié)省造價(jià)3—20%不等。

（4）設(shè)計(jì)方法相對(duì)落后，我國(guó)通過(guò)水平方向折減系數(shù)來(lái)減小結(jié)構(gòu)的水平地震作用，再進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)結(jié)構(gòu)的布置、隔振層的布置及其支座反力、位移都有嚴(yán)格的要求。發(fā)達(dá)國(guó)家則采用能量譜進(jìn)行設(shè)計(jì)[2]。

（5）我國(guó)有關(guān)隔震技術(shù)的規(guī)范編制相對(duì)落后。日本已建成50層的高層隔震建筑[3]。

（6）隔震設(shè)計(jì)的理論尚不完善。

2疊層橡膠墊隔震體系的性能

在眾多隔震裝置中疊層橡膠墊隔震體系應(yīng)用最為廣泛。大量的實(shí)驗(yàn)和研究表明，疊層橡膠墊隔震體系在性能方面有很大優(yōu)勢(shì)。

（1）豎向承載力大，能夠滿足結(jié)構(gòu)的豎向承載力的要求。

（2）具有較穩(wěn)定的彈性復(fù)位功能，能夠?qū)崿F(xiàn)地震中即時(shí)復(fù)位。

（3）耐久性好，能夠抵抗低周疲勞，熱空氣老化等不利因素，其使用壽命在60-80年間。

（4）但疊層橡膠墊隔震體也存在很多問(wèn)題，例如：疊層橡膠墊隔震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，隨結(jié)構(gòu)體系的類型不同和隔震器安裝位置的不同而變化;疊層橡膠墊抗拉能力相對(duì)較弱，在高層建筑中的應(yīng)用受到了一定的限制。

3 解決方案

針對(duì)疊層橡膠墊存在的問(wèn)題，有學(xué)者提出了相應(yīng)的解決方案[3]。

3.1 結(jié)構(gòu)的平面布置

規(guī)范要求，隔震支座不宜出現(xiàn)零應(yīng)力區(qū)，但目前高層建筑的高寬比一般較大，加入隔震層的結(jié)構(gòu)對(duì)零應(yīng)力區(qū)的控制難度較大。

（1）豎向抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置對(duì)地震反應(yīng)的影響較大，按規(guī)范要求豎向構(gòu)件布置應(yīng)均勻?qū)ΨQ外，應(yīng)考慮豎向構(gòu)件的間距不宜過(guò)小。

（2）對(duì)于抗震墻結(jié)構(gòu)，由于抗震墻傾覆力矩相對(duì)于框架柱較大，應(yīng)考慮抗震墻布置于豎向荷載較大的部位。

（4）當(dāng)需要在抗震墻下布置疊層橡膠墊是，宜采用直徑較大的隔震支座，避免采用小直徑支座時(shí)，消弱隔震層的水平變形能力。

（5）安全考慮，地震力輸入時(shí)，應(yīng)考慮斜向地震力的輸入。

3.2 其他措施

（1）在條件允許的情況下，考慮使用高抗拉強(qiáng)度的疊層橡膠墊體系。

（2）可采用諸如，疊層橡膠支座和彈性滑移支座組合形式的混合隔震形式。

4 結(jié)論

（1）由于疊層橡膠墊隔震體系性能。豎向承載力大、即時(shí)彈性復(fù)位功能強(qiáng)、隔震效果明顯、不均勻沉降不明顯等性能優(yōu)勢(shì)，因此在設(shè)計(jì)中，對(duì)傳統(tǒng)樓房的高度限值和安全距離等限制可適當(dāng)放寬。

（2）采用疊層橡膠墊隔震體系結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省建筑物造價(jià)，大幅度提高安全度，并且能夠減小在地震中破壞和其他設(shè)施設(shè)備的損失，震后易于維修。

（3）理論尚不完善。隔震技術(shù)的理論有待繼續(xù)深入研究和加強(qiáng)，以便于規(guī)范的制定和對(duì)實(shí)際工程的指導(dǎo)。

（4）對(duì)隔震裝置的研究應(yīng)加強(qiáng)，以達(dá)到隔震效果好、經(jīng)濟(jì)性好、耐用性能強(qiáng)的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]ZHOU Fu-lin，TAN Ping，XIAN Qiao-ling，HUANG Xiang-yun，YANG Zhen.Research and Application of Seimic lsolation System for Building Structures[J].Journal of Architecture and Civil Engineering，2006.

[2]趙亞敏，蘇經(jīng)宇，張玉敏。國(guó)內(nèi)外建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)比較分析[J].2006

[3]程華群，劉偉慶，王曙光。地震工程與工程振動(dòng)[J]。2007