隔震技术在建筑结构中的应用与发展.pdf

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1、呈Q!至篁!塑i簋篁12呈塑)：—』墅里壅型__————————————：———：———：——』塑堕隔震技术在建筑结构中的应用与发展吴海鹏(南昌三孚实业发展有限公司，江西南昌330038)摘要：工程结构振动控制作为防灾减灾学科的前沿研究领域，近二十多年来备受国内外学者的重视。结构振动控制技术不仅改变了工程结构抗御灾害的传统概念、方法和手段，而且使得工程结构的抗震可靠性、抗风舒适度和抗振性等抗御灾害的能力和水平大幅度提高。本文从隔震和消能减震的角度，对目前建筑工程领域结构控制技术进行了综合评述。关键词：隔震技术建筑结构结构振动控制可分为被动控制、主动控制、半主动控制和

2、混合控制四类。被动控制其控制力是控制装置随结构振动而产生的，它具有装置简单、经济和易于实现的优点，但控制力不能调节，效果有限。主动控制其控制力是由控制装置按控制算法给出的信号主动施加的，它理论先进、控制效果显著，但其对工程结构的控制需要大量的能源且要求实时控制，这给主动控制的实际应用带来诸多的制约和困难。半主动控制是一种主动改变装置的参数，仅需少量外部能源的控制，它符合工程应用的实际情况且可实现较有效的控制。混合控制则是主动控制和被动控制的有机结合，可充分发挥主动控制和被动控制各自的优点。结构控制技术目前已广泛应用于机械、航空航天等领域，该项技术在结构工程中的研究和

3、应用也已进入一个全面发展的阶段。本文从隔震和消能减震的角度，对目前建筑工程领域结构控制技术作简单介绍。1隔震技术的原理由地震作用的反应谱可知(如图1所示)，随着周期的迁移，加速度逐渐减小位移逐渐增大。对于通常的中低层建筑物，其刚度较大，周期短，因而地震时受到较大加速度的作用，如果在上部结构与地基之间设置刚性很小的隔震装置，延长整个建筑物的自振周期，以避开地震的卓越短周期，并同时在上部建筑和基础之间加设阻尼减震装置，用以吸收地震能量，使地震时的变形集中到隔震装置上。图2为典型的水平基础隔震结构原理模型图。理论研究和强震检验都表明，这种方法可以大大地减少地震时上部建筑物

4、的加速度和层间变形，从而可以大大减少建筑物的内部破坏。分析数据表明，隔震后各层最大层问位移和最大加速度相对于未隔震时有50％～75％的降低，相当于降低地震烈度约1～2度。隔震层解除了结构与地面的直接耦连关系，增加体系的柔度，降低上部结构所受的地震作用，耗散能量，从而降低对结构变形和延性的要求。鲥胜坩h-·16·(a)加速度反应篓图1地震反应谱2隔震技术的分类隔震技术的发展和应用是现代科技进步，特别是地震工程研究成果促成的特定场址地震反应谱分析技术的发展，使人们可以相当准确地提出用于结构动力分析的地震动参数。用计算机进行结构动力反应分析的技术，使设计人员可以对所设计的

5、结构进行各种模拟分析，从而获得结构的和隔震层的动力反应，正确选择各项设计参数。目前，结构的隔震方法可分成三大类，即地基隔震、建筑物基础隔震和上部结构隔震。图2基础隔震体系模型图2．1地基隔震方法地基隔震可分为绝缘和屏蔽。绝缘是利用软弱地基或像人工地基那样较软的地基有降低输入加速度的性质，在地基自身中降低输入波的方法，但设计时首先必须保证地基对建筑物的支承强度和基础沉降量不超过允许值。屏蔽是在建筑物周围挖深沟或埋入屏蔽板等将卓越长周期的剪切波(s波)隔断的方法。这两种方法都是以地基为对象，用以减少地震波输入，实际工程设计中应用较少。FrandLloydWright于1

6、921年主持设计建造的日本东京帝国饭店就是利用此种方法，该工程的建设场地地表土层厚约25m，有良好的承载力，在该层的下面是一层软弱淤泥层，Wright使用了与当时的设计思想完全不同的方法，把软弱层用作地基下的软垫，以消除东京地区可怕的地震动作用，通过设计特殊的短桩基础，把紧密排列的短桩穿透持力层到达软弱淤泥层的表面，这样，建在短桩基础上的帝国饭店就象战舰浮在海洋上一样浮在软弱淤泥层上。这个建筑的隔震设计是十分成功的，在1923年关东大地震中，该饭店显示了良好的隔震性能，在其它建筑普遍受到严重破坏时，该建筑保持完好。由于目前房屋建筑向多高层发展，地基隔震技术的推广应用

7、受到了很大的局限。2．2建筑物基础的隔震方法基础隔震是在上部结构与基础之间设置某种隔震消能装置，以减小地震能量向上部结构传输，从而达到减小上部结构振动的目的。隔震装置由支承和减震阻尼器两部分组成，前者稳定地支承建筑物的自重，后者在地震时抑制较大的变形，地震结束时则起到迅速中止晃动的作用。有时，隔震装置是兼有支承和减震阻尼两种作用的特殊支座。自从南斯拉夫于1969年采用纯天然橡胶隔震支座所建成的现代最早的隔震建筑贝斯特洛奇小学及1981年世界上首座铅芯橡胶垫作为基础隔震装置的新西兰WillianClayton政府办公大楼以来，迄今为止，伴随着材料技术的发展，以性能