何昊

前言

抗震技術(shù)的發(fā)展從最開始剛性結(jié)構(gòu)體系的以剛克剛，以及柔性結(jié)構(gòu)體系的通過避免建筑結(jié)構(gòu)與地面運(yùn)動產(chǎn)生共振來減小地震損害，逐漸發(fā)展為現(xiàn)有的延性結(jié)構(gòu)體系。通過長期工程實(shí)踐的證明，延性結(jié)構(gòu)體系滿足了抗震的基本目標(biāo)，但是同樣具有局限性。延性結(jié)構(gòu)通過結(jié)構(gòu)自身塑形變形消耗能量，對于一些生命線工程這種破壞將造成巨大損失。為了滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，隔震減震的結(jié)構(gòu)振動控制方法已經(jīng)被我國結(jié)構(gòu)工程師所重視，大量的減隔震建筑已經(jīng)進(jìn)入工程實(shí)踐時期。

1 隔震技術(shù)的研究背景

日本學(xué)者河合浩藏1881年提出在地基上設(shè)置圓木的滾軸隔震思想，美國J.A.卡蘭特倫茨1909年提出在基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)間鋪一層滑石或云母的滑移隔震的思想，美國工程師F.L.萊特1921年利用軟泥土層作為隔震層，日本的鬼頭健三郎1924年提出在柱腳與基礎(chǔ)間放入軸承的隔震方案。在最近的幾十年，世界各地的學(xué)者進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，開發(fā)了多種有效的隔震系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用于房屋橋梁結(jié)構(gòu)上?，F(xiàn)代隔震技術(shù)已經(jīng)積累了大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，目前疊層橡膠隔震技術(shù)是研究最為廣泛和應(yīng)用最廣泛的工程技術(shù)。我國結(jié)構(gòu)抗震專家周福霖教授1993年在汕頭市建成了第1棟橡膠隔震支座建筑并經(jīng)歷了地震的考驗(yàn)，推動了我國隔震建筑的發(fā)展。

2 隔震技術(shù)的基本原理及其分類

結(jié)構(gòu)隔震體系通常由上部結(jié)構(gòu)，隔震層，下部結(jié)構(gòu)三部分組成。它是通過在結(jié)構(gòu)物底部或?qū)娱g位置設(shè)置隔震裝置而形成的結(jié)構(gòu)體系。隔震技術(shù)的基本思想是通過隔震層使上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)分離，從而避免地震動能量的向上傳遞。隔震層一般具有較大的阻尼，可以吸收地震能量，減少結(jié)構(gòu)所受的地震作用，保證建筑物處于彈性工作性能，提高了建筑物的可靠度。其次隔震層水平剛度較小，可以延長結(jié)構(gòu)物的基本周期，使結(jié)構(gòu)周期遠(yuǎn)離地震動的卓越周期，減小建筑結(jié)構(gòu)物自身的加速度反應(yīng)，從而保證結(jié)構(gòu)的安全。

隔震技術(shù)的核心是隔震支座，因此隔震技術(shù)可以按隔震裝置或隔震支座進(jìn)行分類?，F(xiàn)階段我國的隔震技術(shù)主要有以下幾種：疊層橡膠墊隔震，摩擦滑移隔震，摩擦滾擺式支座隔震，樁頂搖擺隔震，混合隔震。此外根據(jù)隔震層位置的不同，隔震技術(shù)可分為：基礎(chǔ)隔震技術(shù)，層間隔震技術(shù)，屋架或網(wǎng)架隔震技術(shù)和房屋內(nèi)部隔震技術(shù)。目前基礎(chǔ)隔震技術(shù)在我國應(yīng)用的最為廣泛，其隔震體系示意圖見圖1。

圖1 基礎(chǔ)隔震體系

3 隔震技術(shù)面臨的問題

目前工程應(yīng)用中最常見的是以疊層天然橡膠支座加阻尼、鉛芯疊層橡膠支座和高阻尼疊層橡膠支座為基礎(chǔ)的疊層橡膠隔震系統(tǒng)和以聚四氯乙稀摩擦板為基礎(chǔ)的摩擦滑移隔震系統(tǒng)。雖然隔震技術(shù)已經(jīng)走向成熟，但仍存在不少缺點(diǎn)。目前疊層橡膠隔震支座和摩擦滑移隔震支座僅能水平隔震，不能隔絕豎向地震作用，豎向地震作用對于大跨度、長懸臂結(jié)構(gòu)影響較大；對于自振周期較長的高層建筑結(jié)構(gòu)，對支座的拉應(yīng)力要求高，需要解決隔震抗傾覆和支座受拉的問題；隔震技術(shù)通過延長結(jié)構(gòu)自振周期來減少地震傷害，而對于具有長周期成分的近斷層地震，長周期的隔震結(jié)構(gòu)將遭受不利的影響，隔震支座產(chǎn)生較大變形導(dǎo)致隔震支座發(fā)生傾覆的問題；對于處在軟土場地上建筑物，在地震作用下往往破壞嚴(yán)重，如何將隔震技術(shù)應(yīng)用到軟土場地也是隔震發(fā)展必須解決的一大問題。

4 隔震技術(shù)的發(fā)展方向

為了解決現(xiàn)有隔震技術(shù)存在的問題，隔震系統(tǒng)的研究應(yīng)該向以下幾個方向發(fā)展：將新的材料如：形狀記憶合金、智能材料加入到隔震系統(tǒng)中，提高隔震支座的豎向承載力、抗拔能力和耐久性；豎向隔震一直是隔震技術(shù)的一大難題，開發(fā)新的隔震裝置，發(fā)展三維隔震系統(tǒng)，解決隔震技術(shù)只能隔絕水平地震的弊端；發(fā)展復(fù)合隔震結(jié)構(gòu)體系，將疊層橡膠支座和摩擦滑移支座等的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮；解決隔震技術(shù)的價格問題，發(fā)展民用建筑隔震技術(shù)，提出一種性能好造價低的隔震系統(tǒng)，將隔震技術(shù)應(yīng)用于民用住宅建筑中；制定完善的隔震技術(shù)規(guī)范，將隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工、隔震構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)范化。

5 結(jié)論

隔震技術(shù)與傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)相比，能更有效保護(hù)室內(nèi)儀器設(shè)備，降低財產(chǎn)損失，能更大程度地保護(hù)建筑物內(nèi)部人員的安全。隔震技術(shù)由于它的各種優(yōu)越性，在我國建筑橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越廣泛。本文通過對隔震技術(shù)的發(fā)展背景、基本原理和研究現(xiàn)狀的介紹，對隔震技術(shù)未來發(fā)展的方向提出了幾點(diǎn)意見，希望對我國建筑隔震技術(shù)的發(fā)展起到一點(diǎn)參考作用。