1、1略谈建筑结构基础隔震技术的应用【摘要】：基础隔震技术的成熟及广泛推广应用,为人类减轻地震灾害提供了一条更加合理有效安全的新途径。本文通过对基础隔震结构建筑与传统抗震建筑的对比分析，论述了建筑结构基础隔震技术及应用。【关键词】：建筑结构；基础隔震技术；应用 中图分类号：TU352.1+2 文献标识码：A 文章编号： 近年来世界各地的地震灾害不断发生，造成巨大的人身伤亡及经济损失。下图是对全球地震灾害次数、级别的统计。 从图 1 中可以明显看出，自 2008 年以来，地震灾害发生的频率远远超过往年。 由于地震的突发性，难以预测性，近几十年来，世界各国正加紧对于建筑物的抗震性能的研究。在世界众多的
2、抗震技术研究中，日本无疑是走在最前面。日本是世界上少有的几个地震多发国，同时还要经受住强台风的考验 1995 年阪神大地震后，经过日本政府修订的建筑基准法规定，高层建筑必须能够抵御里氏 7 级以上的强烈地震；要求商业建筑（办公楼） ，居民楼都必须能抗 8 级以上地震。如何使建筑物结构更安全更稳定是摆在日本建筑行业前需要解决的严峻的问题。 21 隔震技术的研究 1.1 基础隔震结构 日本住友建设公司于 20 世纪 80 年代开始对“隔震” （又称“免震” ）建筑进行研究，并把技术应用于实践，并取得了良好的效果。所谓“隔震” ，就是不使地震产生的能量直接作用在建筑物上，实现的基础是在于地基与建筑物
3、之间增加的一种特殊装置，用以吸收地震能，最大程度减少建筑物的晃动，使之受到的损害减小到最少。 1.2 一般抗震建筑与隔震结构建筑比较 对于一般抗震建筑在地震中受到破坏，是因为建筑物直接固定在地基上，当地震来临时，地震能转变成为振动能，直接传给建筑物的支柱和墙壁。当振动能超过支柱和墙壁承受的强度和刚度极限时，会造成较大破坏。 （a)一般结构（b)隔震结构图 2 一般结构与隔震结构的区别（a)抗震结构（b)隔震结构 图图 3 抗震结构和隔震结构建筑遭受地震损害程度对比 如图 3（b)所示,相比于一般抗震建筑，隔震结构的建筑中地基与建筑物之间的特殊装置则可以最大程度的吸收的地震能所产生的振动能，使建
4、筑物能够经受较大地震，而且几乎不受损害。 1.3 基础隔震层 如图 4 所示，隔震结构的建筑在底部设有一个既能支持垂直荷载，3又具有水平变形能力的基础隔震层。基础隔震层由阻尼器和隔震器组成。2 常用隔震装置 2.1 橡胶支座隔震 橡胶支座是应用最广的隔震装置，包括钢板叠层橡胶支座、石墨橡胶支座、铅芯橡胶支座。普通叠层橡胶支座内阻尼较小，常需配合阻尼器一起使用。 2.1.1 阻尼器的构造介绍 阻尼器有铅阻尼器、钢棒阻尼器、油阻尼器和多功能阻尼器等多种类。 阻尼器一般由活塞杆、活塞头、油缸、端盖板等部件组成。阻尼器的主要作用是是用来吸收和消耗地震能。传统阻尼器按其工作原理的不同分为两类，一类是位移
5、型阻尼器，通过钢材和铅的塑性变形吸收能量或者是通过摩擦吸收能量；另一类是速度型阻尼器，通过使用粘性物体或粘弹性物体来吸收能量。这两类阻尼器在工程中广泛使用，但是存在以下两个问题：（1）传统阻尼器的启动和运动工程中内部存在大量摩擦过程，内部摩擦的存在大大减少了阻尼器的使用寿命；（2）存在滞后现象，传统阻尼器启动时处理不能与外界输入时同步，这样带来的问题是不能抑制较小的外部扰动位移。近年来许多公司开发研制了新型的阻尼器，能够有效的解决上述问题。例如美国泰勒公司研制的无摩擦密封型阻尼器 FDH。 2.1.2 隔震支座的构造介绍 4隔震支座主要功能是支撑建筑物的荷载。隔震层的叠层橡胶隔震支座使用的是半
6、径为 60150 毫米，厚度为几毫米的橡胶和多层叠加的钢板在高温高压的环境中加硫熔接成。 隔震支座一旦给予到地震能，发生形变便做缓慢的水平运动，很难停止下来。这是由于橡胶材料的柔性性质决定的。采用抗震壁来解决阻尼器和橡胶垫的不断晃动。抗震壁是在内藏三明治状钢板的壁状容器内注入糖稀状的高粘性流体，将固定在上层楼的钢板夹在固定于下层楼的外壁钢板中，在其缝隙中灌注高粘性流体。出现振动时，振动能将会转变为高粘性流体的内能，从而能够减少水平震动和垂直震动。对于高层建筑，抗震壁对于减轻强风或交通等引起的多种振动均能发挥很好的效果。 2.2 滚子隔震 滚子基础隔震层包括滚轴隔震、滚珠隔震。 2.3 滑动支座
7、隔震 滑动支座基础隔震层在上部结构与基础之间设置可以滑动的滑板。 2.4 摇摆支座隔震 摇摆支座基础隔震由日本提出的一种摇摆支座隔震方案。 3 实践运用效果 隔震结构的建筑一般应用于医院，博物馆，计算机中心大楼等建筑。在历次地震的中，隔震结构的建筑抗震效果显著。 1992 年东京发生 5 级地震，属于强震。在一栋隔震大楼中进行数据观测，根据地震仪的记录，各楼层的震动是 1520 伽，其附近地表晃动5接近 100 伽，在正常情况下，中高层建筑的顶部，其摇动程度会增加23 倍，这栋楼顶部的摇动却下降了 10%。当时东京市内 27000 台电梯全部停运，而这座建筑物里一切设施正常运行，充分显示了隔震
8、结构的抗震效果。 2010 年新西兰发生 7.1 级大地震，创造了“零死亡”的奇迹。新西兰的隔震技术在世界处于领先地位，早在 20 世纪 60 年代末 70 年代初就已将特制的橡胶垫用于基础隔震。新西兰在一些重要的建筑物及桥梁上均采用了隔震减震装置。比如：议会内阁办公楼和卫生部大楼均采用含铅的橡胶垫将建筑体和地基梁隔开。地震发生时，隔震装置能够有效降低地震造成的损害。 4 隔震技术未来发展 20 多年以来，隔震技术在房屋，桥梁建设当中得到了广泛的应用，技术也更加成熟。截止 2003 年为止，仅日本就建造隔震建筑 1300 余栋，中国也已经建成隔震建筑 300 余栋。与传统结构相比，采用隔震技术
9、的建筑在地震中最大水平加速度仅为传统建筑的 1/31/5。但是，隔震建筑的成本一般比原来的建筑成本高出 5%10%，这是很多建造单位不愿意使用隔震技术的主要原因。其实，这是对于隔震技术的误解。就日本的建设经验来看，高度 H30 米时，层数 1520 层，采用隔震措施费用可以降低 5%。此外，影响隔震工程造价的因素还有很多：抗震设防类别、地震烈度、上部结构方案，建筑层数和面积，隔震装置的选择与布置，设计和施工技术水平等。 6不可忽视的是，在地震作用下，隔震结构中的水平加速度一般抗震建筑减少，能够有效地减低建筑物非构件和设备的损害程度。所以地震之后，隔震结构建筑修复费用将大大少于一般抗震建筑。 5
10、 结束语 隔震技术逐渐在博物馆，名人故居等有代表性的历史建筑和医院，商场等公共设施中得到应用。但是，使用使用隔震结构的房屋占每年施工的面积仍很小。据统计，在隔震技术先进的日本，隔震结构房屋占每年施工面积不足 1%。但是，随着社会的进步和隔震技术的发展，人们将逐渐接受并在建设当中广泛应用无震技术，无震结构的建筑将为人们的生命和财产安全保驾护航，历史的悲剧将不会重演，我们期待着那一天的到来。 参考文献： 1日本免震构造协会，编.图解隔震结构入门.奥姆出版社，1995 2王小雨，译.关于免震抗震技术在未来的探讨.国外科技动态，1996，8（总 325 期） 3党育，杜永峰，毕长松.隔震建筑的经济性分析.工程抗震与加固改造，第 28 卷第 4 期
