結(jié)構(gòu)隔震體系研究進(jìn)展

閆汝浩 楊景運

（1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2.商丘建業(yè)住宅建設(shè)有限公司）

引言

以“小震不壞、中震可修、大震不倒”三個水準(zhǔn)為設(shè)防目標(biāo)是一般的抗震設(shè)計方法[1]，利用建筑結(jié)構(gòu)本身的延性來消耗地震作用傳遞的能量，進(jìn)而達(dá)到削弱地震作用對上部結(jié)構(gòu)的影響。但地震發(fā)生時，大多數(shù)結(jié)構(gòu)憑借自身的結(jié)構(gòu)性能很難抵擋地震。為了提高結(jié)構(gòu)的可靠性，減少經(jīng)濟損失，保障生命安全，對新型抗震體系的探索已十分必要。隨著新型抗震理念的發(fā)展，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計從傳統(tǒng)的基于力的設(shè)計理念轉(zhuǎn)變?yōu)橐宰冃螢橹鞯脑O(shè)計理念。隔震結(jié)構(gòu)可將抗震、隔震、消震等多種方式結(jié)合起來，有效地減小地震作用對上部結(jié)構(gòu)的影響。在滿足建筑基本功能的前提下，結(jié)構(gòu)抗震性能變好，隔震作用至關(guān)重要。

1 隔震結(jié)構(gòu)的基本概述

1.1 隔震結(jié)構(gòu)的基本原理

一般的隔震結(jié)構(gòu)是由下部結(jié)構(gòu)、隔震層以及上部結(jié)構(gòu)這三部分構(gòu)成[2]，其中隔震層設(shè)置隔震支座和阻尼器等減震裝置，并且隔震支座需具備三個特點：一定的豎向承載能力、水平變形能力以及復(fù)位特性，而阻尼器消耗地震對結(jié)構(gòu)輸入的能量。隔震結(jié)構(gòu)通過在下部結(jié)構(gòu)設(shè)置水平剛度遠(yuǎn)低于上部結(jié)構(gòu)的隔震層，來增大結(jié)構(gòu)的自振周期、使結(jié)構(gòu)的阻尼增加，減小上部結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。

1.2 隔震結(jié)構(gòu)的分類及特點

隔震結(jié)構(gòu)可分為兩類：①基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)；②層間隔震結(jié)構(gòu)。基礎(chǔ)隔震是在基礎(chǔ)與下部結(jié)構(gòu)之間設(shè)隔震層，減少地震的能量向上部結(jié)構(gòu)傳遞，其構(gòu)造如圖1所示。原理是使上部結(jié)構(gòu)的自振周期變大，使其大于建筑場地的卓越周期，減少地震對上部結(jié)構(gòu)的損傷?；A(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)使用范圍：建筑結(jié)構(gòu)高寬比較小，并且上部結(jié)構(gòu)水平剛度較大的建筑物。

圖1 基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)

層間隔震是把隔震層設(shè)置在結(jié)構(gòu)的中間層，它是對基礎(chǔ)隔震的拓展。層間隔震可以靈活布置，見圖2。原理是通過加隔震層，來隔離地震作用向上部結(jié)構(gòu)傳遞，減小結(jié)構(gòu)所受的地震作用，并通過隔震層上部結(jié)構(gòu)對下部結(jié)構(gòu)的耦合作用，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。層間隔震結(jié)構(gòu)適用的情況有[3]：①因條件限制不能采用基礎(chǔ)隔震的結(jié)構(gòu)；②已有樓房的增層、改造、加固；③剛度、質(zhì)量有突變的結(jié)構(gòu)。

隔震結(jié)構(gòu)的特點主要有：

（1）上部結(jié)構(gòu)的加速度降低。結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài)，提高整個結(jié)構(gòu)的安全性，減震效果比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)要好很多。

（2）建筑房間利用率增大。一般抗震結(jié)構(gòu)，可能出現(xiàn)梁與柱子截面過大，房間凈面積減??；隔震結(jié)構(gòu)可有效改善這一點。

（3）使用范圍廣。隔震結(jié)構(gòu)可用于一般建筑物、重要建筑物，也可用于建筑物的加固、加層、改造等方面。

圖2 層間隔震結(jié)構(gòu)

2 結(jié)論與展望

隔震結(jié)構(gòu)在減震控制、防災(zāi)減災(zāi)和經(jīng)濟效益等方面優(yōu)勢很明顯，目前，國內(nèi)外學(xué)者在隔震方面進(jìn)行了探索，并取得了一定成果，但隔震結(jié)構(gòu)還應(yīng)從以下幾個方面進(jìn)一步研究：

（1）橡膠廂震支座受溫度、環(huán)境的變化的影響明顯，使其力學(xué)性能改變。因此，對于帶有橡膠隔震的實際工程進(jìn)行模擬和計算時應(yīng)考慮環(huán)境變化。

（2）高層及超高層結(jié)構(gòu)的隔震，可考慮隔震層位置和隔震層個數(shù)的設(shè)置，即在研究中可加設(shè)兩道隔震層甚至兩道以上。

（3）多維長周期強震下高層隔震體系地震強度指標(biāo)與損傷研究。

（4）目前，我國抗震規(guī)范僅給出橡膠隔震支座的隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算方法，未給出滑動支座隔震的相應(yīng)規(guī)定。今后的研究工作中需針對組合隔震技術(shù)深入研究。

[1]周福霖.工程結(jié)構(gòu)減震控制[M].北京：地震出版社，1997.

[2]謝 飚.隔震技術(shù)在高層建筑中的應(yīng)用[J].山西建筑，2004，10（2）：69～76.

[3]祁皚，林云騰，鄭國琛.層間隔震結(jié)構(gòu)工作機理研究[J].地震工程與工程振動，2006，26（4）：114～120.