我国建筑结构隔震技术的研究和应用

我国建筑结构隔震技术的研究和应用

袁清泉

山东鲁班建设集团总公司 山东省 临沂市 276000

摘要：随着人们生活环境的变化，地震也越来越高发，带来的经济财产和生命安全威胁越来越严重。正因为这样的特点，相关的减震隔震设计也成为时下建筑结构设计中最为关键的一部分。这样的设计有很多的相关要点，需要在设计过程中给予关注。本文通过对建筑工程隔震技术与应用进行探讨和分析。

关键词：建筑结构；隔震技术；研究；应用

1、减隔震技术概述 建筑结构隔震技术是指通过一些隔震装置将建筑结构与地面隔开，通过隔震层的变形消耗和缓冲地震时地面的振动，以保护上部结构免于地震破坏的一种抗震手段。根据地震工程学的研究，地震波荷载在短周期内的作用强烈，到长周期后作用将显著减弱。大量中低建筑，自振周期都处于短周期。通过隔震技术，可以将整体结构的自振周期延长，避开短周期强烈的地震荷载。从隔震部位分，隔震结构可以分为基底隔震、层间隔震、高位隔震和局部隔震。从隔震装置形式，隔震装置又可以划分为普通橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座、高阻尼橡胶隔震支座、滚珠隔震装置、摩擦摆隔震支座、悬挂隔震装置、摇摆隔震支座和滑动隔震支座等。消能减震技术是将结构的一些非承重构件（如支撑、剪力墙、连接件等）设置成变形能力强的消能构件，或在结构某些部位（层间、节点处、连接缝等）装设消能装置。这些变形耗能能力强的构件叫做消能器，通过规范约束和试验检测保证消能器具有比较高的耗能性能和大变形下承载力保证率。在设计中，将消能器作为第一道防线，通过控制消能器及其相连的消能子结构的变形和损伤，保障消能器在结构变形中持续有效地变形耗能，从而保护主体结构的抗震安全。消能器是消能减震技术的核心，其主要功能在于消能地震能量。按照消能器力学性能的不同，可以划分为位移相关型消能器、速度相关型消能器、复合消能器等。依据消能器耗能原理的不同，又可以分为金属屈服型消能器、摩擦型消能器、黏滞消能器、黏弹性消能器、电涡流消能器以及电/磁流变液体、压电材料和电/磁致伸缩材料等新型材料制成的消能器。

2、建筑结构隔震技术的应用特点 2.1隔震特性

基础隔震体系中隔震器的水平强度是可变的。在小地震或大风的情况下，上部结构的水平位移较小，不会影响使用要求。在中度地震中，硬度低、水平滑动，不是产生冲击隔离系统的结构。在某种程度上，自然振动周期，上部结构的建设自然振动场和地面的影响，地面振动可以从根本上使顶部建筑物的振动响应可能会大大减少。一般来说，基础保温技术应用后，建筑结构使非隔震结构，减少到1/4至1/12。 2.2保护特性

基础隔震技术可以保护建筑物的上部结构。由于楼层间基本隔震技术的可变性较低，不会对建筑整体结构造成破坏，反而会使建筑结构的安装和布置处于良好的状态。因此，基础隔震通常用于精密仪器房、购物中心、宿舍等建筑工程。 2.3良好的竖向承载力

基础隔震技术的垂直承载力的隔离设备本身比较大，因此，建筑结构在正常使用中，所有的建筑支持上部结构承载力有一定的安全性，另外，安全系数的垂直承载力的孤立系统应该超过6，为使用建筑结构的安全要求，并提供保证。

3、建筑结构隔震技术的应用 3.1建筑结构的减震设计分析 在相关建筑建设过程中的减震设计，并没有隔震设计那样有着较好的实际应用性，普及程度和使用范围较小，同时相关的效果也不如隔震设计那样的明显，收获甚微。在实际的设计工作开展进行的过程中，往往要对相关的基础部分进行特殊处理，利用各种消震和减震的相关设备。然而在实际投入使用的过程中，这样的设计理念效果并没有隔震处理的效果好，同时在相关技术的投入方面也较多。然而这样的设计理念和减震技术，对于加固隔震技术和将隔震技术查缺补漏是有着很重要的作用的。在进行隔震设计工作开展进行的过程中，如果没有提前将相关设计理念贯彻和落实到实际建设的工作中，没有将相关隔震设备设施安装到设计计划中指定的位置，往往会影响到隔震设计的实际投入使用效果。面对这样的问题，后续的抗震设计加固就对建筑的整体减震隔震起到了重要的作用。

3.2基础隔震技术的应用 建筑结构的基础隔震是19世纪日本人河合浩藏首先提出的。他认为先在地基上铺设几层原木，在原木上打上混凝土基础，然后在混凝土基础上建造，以削弱地震传递的能量。1909年美国学者J.A.Karantranz提出了另一种隔震方案，即在基础和上层建筑之间铺设一层滑石或云母，以便建筑物在地震中滑动，以隔离地震，基础隔震技术是利用隔震材料的承载力。目前，世界地震工程领域广泛应用的成熟高新技术之一也正在推广中。美国地震学家称之为“近40年来世界地震工程最重要的成就之一”，基础隔震技术的应用使建筑物在地震中不倒塌成为可能，是减轻地震灾害最有效的手段之一。基础隔震技术是在上部结构和基础之间安装足够的安全隔离系统。由于隔震层的“隔震”和“吸收”作用，上部结构在地震中近似移动，结构响应力仅为1/4-1/8（强震观测结果可达1/2-1/16）。不进行隔离，从而实现“隔离”。一般来说，采用隔震技术的建筑只经历了5.5级地震，不仅减轻了地震对上部结构的破坏，而且有效地保护了建筑装饰和室内设备。在许多隔震系统中，橡胶支座是世界上研究和应用的主流。它们广泛应用于美国、日本和其他地震多发国家。 3.3橡胶隔震支座应用 为了延长整个结构系统的隔震周期，减少输入上部结构的水平地震作用，满足预期的抗震要求，在建筑物之间安装由叠层橡胶隔震支座组成的隔震层，主要安装在建筑物基础、底部或下部结构和上部结构。一般常用的建筑隔震支座有柔性支承装置和阻尼装置两种类型，其中橡胶支座是世界上应用最广、实用性最好的一种柔性支承装置。橡胶支座由薄钢板和薄橡胶板交替叠合经高温硫化粘结而成，所采用的橡胶一般有天然橡胶和氯丁胶。氯丁胶除抗冻和弹性外，其他性能（耐油、耐腐蚀、抗老化和阻尼等）均优于天然橡胶。由于在橡胶层中加设夹层薄钢板，而且橡胶层与夹层钢板紧密粘结，当隔震支座承受垂直荷载时，橡胶板的横向变形受到约束，使隔震支座具有很大的竖向承载力和竖向刚度。隔震支座的隔震部件分为隔震支座（隔震器）和阻尼器两大类，前者稳定地支承建筑物自重和荷载，后者在地震时能抑制较大的变形，地震结束后起到迅速终止晃动的作用。橡胶隔震具有以下特点：（1）竖向承载力、水平恢复力、阻尼（吸能）三位一体；（2）支座滞回特点（载荷-变形曲线）饱满、耗能显著；（3）橡胶配方改进、等效阻尼比可达12%以上；（4）维修管理成本低（无需其他阻尼装置）；（5）大震后残余变形极小，无需更换；（6）高阻尼支座表面覆盖有橡胶保护层，保护内部橡胶不受臭氧、紫外线影响，具有更好的耐老化性，50年等效阻尼比降低不到2%；（7）HDR高阻尼橡胶的温度依存性较低，广泛用于不同气候地区；（8）HDR高阻尼橡胶与天然橡胶一样拥有比较优越的蠕变性能；（9）环保无污染。

结语：隔震技术的运用是未来建筑质量检验中的重要环节，当前我国建筑在修建过程中多运用基础隔震技术，隔震技术的运用如上文所诉。但是在实际的运用当中，由于隔震层对于高层建筑结构的防震性能提升不高，因此在未来的研究当前还需要对隔震层技术进行更深入的研究，从而提高建筑的防震质量，确保居民的生命安全与财产安全。

参考文献：

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