我國的地震災(zāi)害：唐山大地震、汶川地震、青海玉樹地震、云南魯?shù)榈卣穑恳淮螐娬鸲冀o我們留下了慘痛的記憶與深刻的教訓(xùn)。

隨著社會發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類對地震災(zāi)害的預(yù)見和預(yù)防工作更加重視，如何“從注重災(zāi)后救助向災(zāi)前預(yù)防轉(zhuǎn)變”、“從減小災(zāi)害損失到減輕災(zāi)害風(fēng)險轉(zhuǎn)變”也更加迫切。如何提升建筑工程結(jié)構(gòu)抗震能力，已成為擺在我國工程技術(shù)人員面前的迫在眉睫的重要任務(wù)。

現(xiàn)階段，我國建筑工程主要采用了三種抗震方法，通俗來講，一種是通過加粗柱子、多加鋼筋的傳統(tǒng)方法，提高建筑結(jié)構(gòu)的強度來“抗震”；另一種是將建筑物某些非承重部分設(shè)計成效能桿件或通過裝設(shè)效能裝置來進(jìn)行“減震”；第三種是通過在地基與柱子之間加鋼板橡膠墊的方法來進(jìn)行“隔震”。

抗震方法，也就是傳統(tǒng)的、依靠增加結(jié)構(gòu)的強度和延性變形能力來抵抗地震的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法，增加了建造費用和施工難度，并且在高烈度的地震實例中，抗震設(shè)計的概念難以滿足結(jié)構(gòu)的抗震需求。

自20 世紀(jì)70 年代以來, 減隔震技術(shù)在世界范圍內(nèi)引起了廣泛關(guān)注。從汶川地震以來，我國采用減隔震技術(shù)的建筑也在不斷增多。2014年，住建部印發(fā)了《關(guān)于房屋建筑工程推廣應(yīng)用減隔震技術(shù)的若干意見( 暫行) 》( 建質(zhì)〔2014〕25 號) 的文件后，減隔震技術(shù)得到越來越廣泛的關(guān)注與應(yīng)用，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也逐漸從傳統(tǒng)的“抗震”設(shè)計向“減震”“隔震”設(shè)計方向發(fā)展。

減隔震技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品可有效提升建筑抗震性能，讓房屋建筑水平“跑”在災(zāi)難發(fā)生之前，從而讓減輕地震災(zāi)害的破壞性成為可能。

減隔震技術(shù)的原理

減隔震技術(shù)所持有的核心思想就是，想盡辦法讓建筑物主體結(jié)構(gòu)在發(fā)生地震時，能與可能造成結(jié)構(gòu)破壞的地面震動隔離開來。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，采取的方法為延長結(jié)構(gòu)周期，在相關(guān)范圍內(nèi)，規(guī)避開地震周期，使地震能量盡可能少地傳輸?shù)浇ㄖ黧w結(jié)構(gòu)中，以此減少地震造成的損失。

減震是利用結(jié)構(gòu)耗能減震技術(shù)，通過在結(jié)構(gòu)物中設(shè)置耗能裝置，在主體結(jié)構(gòu)進(jìn)入非彈性狀態(tài)前進(jìn)入耗能狀態(tài)，通過一系列的變形摩擦使得輸入結(jié)構(gòu)體系的總能量得以耗散減少，主體結(jié)構(gòu)承受地震能量越小，其因地震導(dǎo)致的破壞就越小，從而有效地保護(hù)了主體結(jié)構(gòu)的完整性，達(dá)到抗震的目的。主要措施包括采用高延性構(gòu)件、提高結(jié)構(gòu)阻尼、設(shè)置節(jié)點耗能裝置等。

隔震是在建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間加一層橡膠和鋼板隔層疊加的隔震支座柔軟層，通過延長結(jié)構(gòu)自振周期，避開地面振動共振區(qū)，從而隔離地震，阻止地震能量向上傳遞。工程中常用的隔震方式有兩種，一是“積極隔震”，用隔震器將震源與基礎(chǔ)隔離開來，減小傳遞給基礎(chǔ)的力；二是“消極隔震”，即阻止震動的輸入，常用的方式是設(shè)置隔震層。

隔震示意圖

中國工程院院士周福霖曾將隔震生動的比作水托著海上行駛的船。地震時船體與震動的海面之間隔著柔軟的水層，船體只會慢慢搖擺，加在船體的地震沖擊力被卸去。

建筑結(jié)構(gòu)減隔震技術(shù)的應(yīng)用意義

建筑物容易遭受地震損害的原因，是因為地震能量來自于地面，地面劇烈振動的時候，會同時引發(fā)建筑物的劇烈抖動，破壞也隨之出現(xiàn)。應(yīng)用減隔震技術(shù)，能將地震速度反應(yīng)降低，在很大程度上減少地震對建筑物、對室內(nèi)設(shè)施、對人員的損害與威脅，保障人們的生命財產(chǎn)安全。

非隔震結(jié)構(gòu)與隔震結(jié)構(gòu)的變形對比圖

從非隔震結(jié)構(gòu)與隔震結(jié)構(gòu)的變形對比圖，我們可以看出，左邊沒有應(yīng)用減隔震技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)，在發(fā)生地震后，地震作用力被直接傳送到了建筑本體結(jié)構(gòu)上，建筑發(fā)生嚴(yán)重變形。而應(yīng)用了減隔震技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)，在遇到地震的時候，其結(jié)構(gòu)變形程度十分小，地震的作用力大部分被隔震裝置消耗了。

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，應(yīng)用了減隔震技術(shù)的建筑與未應(yīng)用減隔震技術(shù)的建筑在抗震能力方面具有明顯差異。應(yīng)用了減隔震技術(shù)的建筑在遇到地震時，只會發(fā)生輕微的傾斜，建筑物內(nèi)部的設(shè)施、器具等物品都不會遭受太大損傷，而未應(yīng)用減隔震技術(shù)的建筑在遇到地震時，會造成嚴(yán)重的破壞，建筑物內(nèi)部也不能幸免。

蘆山縣人民醫(yī)院采用隔震措施的樓體在蘆山地震中幾乎沒有破壞

蘆山縣人民醫(yī)院未采用隔震措施的樓體在蘆山地震中破壞嚴(yán)重

蘆山縣人民醫(yī)院門診樓采用了橡膠隔震墊、阻尼器等減隔震技術(shù)，經(jīng)歷蘆山地震后，大樓的窗戶玻璃和樓頂招牌仍完好無損。

減隔震系統(tǒng)典型裝置

1.金屬阻尼器

金屬阻尼器由金屬阻尼元件、連接板等組成，利用摩擦及金屬的塑性變形吸收、消耗地震能量。國內(nèi)外已研發(fā)了多種形式的金屬阻尼器，比如錐形板鋼阻尼器、X 型加勁鋼板阻尼器、蜂窩型鋼板阻尼器、E 型鋼阻尼器、單圓錐形阻尼器、減震榫-活動支座等。

E 型鋼阻尼器

2、液體粘滯阻尼器

液體粘滯阻尼器由活塞、粘滯阻尼材料、活塞桿等部分組成, 通過活塞的往復(fù)運動耗散能量。液體粘滯阻尼器被廣泛應(yīng)用于橋梁的維修加固及新建工程中。

液體粘滯阻尼器

液體粘滯阻尼器剖面

液體粘滯阻尼器

隔震裝置：常用的隔震裝置主要有天然橡膠隔震支座、鉛芯橡膠隔震支座、高阻尼橡膠隔震支座、摩擦擺隔震支座等。

1.天然橡膠支座及鉛芯橡膠隔震支座

天然橡膠隔震支座由天然橡膠與鋼板鑲嵌、粘合、硫化而成的一種隔震支座產(chǎn)品，主要由兩部分構(gòu)成，一部分是鋼板，另一部分是橡膠，鋼板通過對橡膠層的約束作用，使橡膠層和鋼板共同承擔(dān)豎向荷載，給上部結(jié)構(gòu)提供較大承載力。橡膠層具有良好的彈性，在地震中能夠產(chǎn)生較大的剪切變形，以滿足上部結(jié)構(gòu)的水平位移，此外，在橋梁中還能應(yīng)對梁端的扭轉(zhuǎn)變形。

鉛芯橡膠隔震支座由橡膠支座在其中間豎直地放入適當(dāng)直徑的鉛芯構(gòu)成, 用以增強疊層橡膠支座的剛度及能量耗散能力。鉛芯橡膠支座性能好、價格低廉、加工方便。目前, 鉛芯橡膠支座已被多個國*應(yīng)用于橋梁抗震中, 如日本的宮川大橋, 中國的石津渠中橋、晉江大橋、布谷孜鐵路橋等。

鉛芯橡膠隔震支座結(jié)構(gòu)

2、高阻尼橡膠隔震支座

高阻尼橡膠隔震支座采用粘彈性高阻尼橡膠材料制作而成, 同時具備粘彈性和高阻尼性, 具有更大的初始剛度。目前, 高阻尼橡膠支座已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)和公路橋梁中。

高阻尼橡膠隔震支座結(jié)構(gòu)

3、摩擦擺隔震支座

摩擦擺隔震支座利用摩擦滑移耗能和自身的重力及圓弧滑移面自動復(fù)位, 具有較好的綜合隔震性能。目前, 摩擦擺支座被廣泛應(yīng)用于新建建筑工程中。

摩擦擺隔震支座結(jié)構(gòu)

減隔震技術(shù)現(xiàn)狀及方案的選擇

減隔震技術(shù)經(jīng)過幾代人的努力已經(jīng)日趨成熟，能夠結(jié)合工程的實際情況進(jìn)行選擇。但是，該項技術(shù)還存在著許多問題，比如經(jīng)濟投入大，并不能使更多的平民建筑、鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑采用；技術(shù)難度大，在設(shè)計方面各種裝置性能各異，其之間的組合并不成系統(tǒng)，還要考慮環(huán)境因素對裝置結(jié)構(gòu)的性能影響；器材的養(yǎng)護(hù)費用高等等。因此在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的減隔震設(shè)計時，應(yīng)該從經(jīng)濟、安全、技術(shù)實施的可行性等多方面進(jìn)行綜合考量分析，參考抗震設(shè)防的類型、所需的設(shè)防烈度、建筑的現(xiàn)實場地條件、使用功能進(jìn)行綜合判斷，最終確定設(shè)計方案。

參考文獻(xiàn)：

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文章來源：震知卓見（ID：dizhen_sd）