浅谈建筑结构的隔震减震技术

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1、高层建筑结构隔震减震技术研究焦涛南京理工大学理学院土木工程系摘要近年来高层建筑隔震减震技术理论和应用进展,主要包括隔震技术措施与减震技术措施，并分析了在隔震减震技术研究与应用中所存在的问题。关键词高层建筑结构；隔震；减震；耗能装置1引言地震是一种多发自然灾害。据统计，世界上平均每年发生造成严重破坏的地震约18次，每年平均有10000人死于地震中。我国是世界上地震多发的国家之一，发生过破坏性地震的城市占全国城市总数的10%以上，给人民的生命财产和国民经济造成了巨大的损失。地震引起地面剧烈的颠簸和摇晃对房屋建筑特别是高层建筑会产生毁灭性的破坏。目前，城市建筑都朝着中

2、高层建筑发展。因此，如何减少地震对高层建筑的影响是目前房建设计与施工所面临的一个重要问题。为防止地震对建筑的危害，传统的方法是采用抗震结构体系，依靠结构的承载力和变形能力，来耗散地震能量，使结构免于倒塌。但由于它是一种“被动防震”法，不免存在很多不足之处：1.由于地震的不确定性，实际地震力有时超出设计地震力较多，从而使地震设计失效；2.地震力不是常值，它是随结构承载力和刚度的增大而加大，在高烈度区，单靠结构的承载力和刚度来抵御地震是不经济的；3.结构破坏后，不但造成重大经济损失，而且修复工作十分困难；4.随着生产、办公、生活的日益现代化，楼内的仪器设备的价值有时

3、远远大于建筑物本身的造价，良好的抗震设计即使保住了建筑物本身，但剧烈的震动使仪器设备中断工作，甚至遭到破坏[1]。建筑隔震减震技术作为一种新型的抗震防灾技术能大大提高高层建筑的抗震能力，已经在1994年美国圣费南尔多地震、1995年日本阪神地震中得到验证，并且表现出了良好的效果。本文对目前高层建筑隔震减震技术进行了总结并对此展开研究，指出存在的不足之处。2隔震技术措施地震对建筑物的破坏作用，是由于地面运动激发建筑物强烈振动所造成的，也就是说，破坏的能量来自地面，通过基础向上部结构传递。人们总结地震经验发现，地震时结构底部的有限滑动能大幅度地减轻上部结构的破坏程度

4、，因此在建筑物上部结构与基础之间以及上部建筑层间设置隔震层,利用软弱隔震层的大变形来减少地震能量的输入，减少地震地面运动对上部结构的影响（隔震一般可使结构的水平地震加速度反应降低60%左右）,从根本上减少地震对人身安全、建筑物及其室内重要设备的破坏，以达到防震的目的。隔震措施主要包括基础隔震和层间隔震。基于可动概念的基础隔震方案主要有以下几种：（1）软垫式隔震软垫式隔震（见图1）是在房屋底部设置若干个带铅芯的钢板橡胶块隔震装置，使整个房屋坐落在软垫上。与传统结构相比，在结构底部设置软垫式隔震装置的楼房在遭遇地震时，楼房底面和地面之间产生相对水平位移，房屋自振周期

5、加长，主要变形都发生在软垫处，上部结构层间侧移变得很小，从而保护结构免遭破坏。（2）滑移式隔震滑移隔震体系是指在上部结构和建筑物基础之间设置一个滑移面，并在滑移面上使用摩擦系数较小的摩擦材料（钢珠、石墨等），允许建筑物在发生地震时相对基础作整体水平滑动，使结构与基础解锁，起到隔离地面运动的作用。同时建筑物在滑动过程中通过摩擦耗散了地震能量，有效限制能量向上传递和向下反馈，从而达到减震的效果。（3）摆动式隔震摆动式隔震是将基础支撑在可摆动的短柱群或桩基上，或者将基础设计成底部呈球状的整体，并在基础侧面采用圆形弹簧作为阻尼器[3]。在地震作用下，基础可产生一定的倾向

6、和摆动，即以低的刚度控制结构的反应，延长自振周期，从而减轻地震作用。此种摆动隔震方式实际上是柔性底层概念的改进和引伸。（4）悬吊式隔震悬吊式隔震是将整个结构物悬挂在巨型钢架或钢筋混凝土内筒上，地震时，悬挂物和支撑协同工作，从而大幅度减少建筑物所受到的地震惯力。其中应用最广泛的是多层悬挂楼板结构，主要用于公共和生活建筑。层间隔震是结构隔震与抗震相结合的一种方法，它是在原结构上安装由质量和隔震支座组成的耗能减震装置，地震时，耗能减震机构吸收并消耗地震能量，从而减小原结构的地震反应。上部隔震部分结构对下部抗震部分也具有反作用。它的减震效果一般在10％～40％之间，显然

7、它的减震效果不及基础隔震结构，但它可利用结构的加层或原结构的隔热层，做适当的改建，从而达到减震目的。所以这是一种简单、容易实现的方法，在增加少量投资的同时，大大提高结构的抗震能力，适用于旧房加层和抗震加固结构。层间隔震常用的支座是橡胶支座，可提高弹性回复力[2]。3减震技术措施结构减震技术是近年来迅速发展起来的一种合理、有效、安全、经济的工程抗震方法。这种方法彻底改变传统“强化”结构的抗震思想，把结构的某些非承重构件设计成耗能元件，通过摩擦、剪切变形或材料的塑性变形来消耗地震能量，以减小主体结构的地震反应或减轻其破坏，达到减震控制的目的。目前，在实际建筑工程中应

8、用较多的减震措施主要有三