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浅谈建筑结构隔震技术现状与应用

发表时间：2020/8/4 来源：《基层建设》2020年第10期作者：张腾1 任俊2

[导读] 摘要：随着我国过去40年经济快速的发展，人们的生活水平也得到了显著提高，建筑行业也随着经济的发展得到了快速发展，建筑工程关系到人民的生命财产安全，人民对建筑工程的质量要求也越来越高。

        1.身份证号：13018519901206xxxx 河北石家庄 050000；
        2.身份证号：14272719910713xxxx 山西运城 044000
        摘要：随着我国过去40年经济快速的发展，人们的生活水平也得到了显著提高，建筑行业也随着经济的发展得到了快速发展，建筑工程关系到人民的生命财产安全，人民对建筑工程的质量要求也越来越高。地震是我们人类无法避免的一种自然灾害，大地震还会造成大量的人员伤亡和经济损失。建筑结构隔震技术可以有效的减少地震带来是损失，目前最常用、运用最广泛的是基础技术隔震。我国在建筑结构隔震技术发展上逐渐趋于规范和成熟，本文则通过对建筑工程隔震技术现状与应用进行探讨和分析。
        关键词：建筑结构；隔震技术；现状与应用
        1、国内外建筑结构隔震技术发展现状
        1.1国外建筑工程抗震技术的发展现状
        欧美发达国家及日本韩国等是最早开始发展建筑结构隔震的国家，美国高度发达的经济和科技使得在建筑结构隔震方面遥遥领先其他国家，比如1994年洛杉矶发生6.7级地震，USCUniversity医院为地下1层，地上7层的建筑，使用基础隔震技术，地震中居然丝毫未损，没有一个物品摔下，而医院周围建筑物的普遍严重遭到破坏，医院内人员竟然未意识到发生了强烈地震，各种设备未损坏，医院功能得到维持，成为救灾中心，对震后紧急救援起到了十分重要的作用。日本是一个多自然灾害的国家，地震多火山都比较频发，日本也是在建筑结构隔震上运用比较早的国家，隔震技术发展比较成熟，也是世界上的抗震强国。发达国家在一个建筑工程在获得政府部门施工许可后，首先要上交建筑结构设计图纸、施工图纸，还必须提交建筑结构抗震报告书。报告书的主要内容是根据地震的不同强度，计算不同的建筑结构在地震中的受力大小，进而确定建筑的梁柱位置、承重以及施工中钢筋、混凝土的规格和配比。并且目前抗震防灾技术也相对完善，同时在各个方面发挥着显著的影响。为了减小地震给建筑物损害，世界各国的致力于提高建筑物的隔震技术，目前发达国家主要的隔震技术有基础隔震、橡胶隔震支座、上下部件隔震和底部隔震。
        1.2国内建筑结构隔震技术发展现状
        我国在建筑工程结构隔震技术上发展比较迟，特别是在汶川大地震中，由于建筑隔震效果不好，造成大量人员伤亡和财产损失，我国开始大力发展建筑工程结構的隔震技术。目前我国在建筑工程目前我国的抗震隔震技术以及耗能减震技术的发展已经趋于成熟，并且在很多实际的高层建筑项目中都有推广和运营，同时也取得了不错的效果。例如2013年4月20日四川雅安发生7.0级地震以后，采用隔震技术修建的芦山县人民医院外观完整且受损较小引起人们关注，已然成为“楼坚强”的代言人，它的秘密在于地基部分的“弹簧缓冲”。
        2、建筑结构隔震技术的应用
        2.1基础隔震技术的应用
        建筑结构的基础隔震是19世纪日本人河合浩藏首先提出的。他认为先在地基上铺设几层原木，在原木上打上混凝土基础，然后在混凝土基础上建造，以削弱地震传递的能量。1909年美国学者J.A.Karantranz提出了另一种隔震方案，即在基础和上层建筑之间铺设一层滑石或云母，以便建筑物在地震中滑动，以隔离地震，基础隔震技术是利用隔震材料的承载力。目前，世界地震工程领域广泛应用的成熟高新技术之一也正在推广中。美国地震学家称之为“近40年来世界地震工程最重要的成就之一”，基础隔震技术的应用使建筑物在地震中不倒塌成为可能，是减轻地震灾害最有效的手段之一。
        基础隔震技术是在上部结构和基础之间安装足够的安全隔离系统。由于隔震层的“隔震”和“吸收”作用，上部结构在地震中近似移动，结构响应力仅为1/4-1/8（强震观测结果可达1/2-1/16）。不进行隔离，从而实现“隔离”。一般来说，采用隔震技术的建筑只经历了5.5级地震，不仅减轻了地震对上部结构的破坏，而且有效地保护了建筑装饰和室内设备。在许多隔震系统中，橡胶支座是世界上研究和应用的主流。

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它们广泛应用于美国、日本和其他地震多发国家。
        2.2橡胶隔震支座应用
        为了延长整个结构系统的隔震周期，减少输入上部结构的水平地震作用，满足预期的抗震要求，在建筑物之间安装由叠层橡胶隔震支座组成的隔震层，主要安装在建筑物基础、底部或下部结构和上部结构。
        一般常用的建筑隔震支座有柔性支承装置和阻尼装置两种类型，其中橡胶支座是世界上应用最广、实用性最好的一种柔性支承装置。橡胶支座由薄钢板和薄橡胶板交替叠合经高温硫化粘结而成，所采用的橡胶一般有天然橡胶和氯丁胶。氯丁胶除抗冻和弹性外，其他性能（耐油、耐腐蚀、抗老化和阻尼等）均优于天然橡胶。由于在橡胶层中加设夹层薄钢板，而且橡胶层与夹层钢板紧密粘结，当隔震支座承受垂直荷载时，橡胶板的横向变形受到约束，使隔震支座具有很大的竖向承载力和竖向刚度。隔震支座的隔震部件分为隔震支座（隔震器）和阻尼器两大类，前者稳定地支承建筑物自重和荷载，后者在地震时能抑制较大的变形，地震结束后起到迅速终止晃动的作用。橡胶隔震具有以下特点：
        （1）竖向承载力、水平恢复力、阻尼（吸能）三位一体；
        （2）支座滞回特点（载荷-变形曲线）饱满、耗能显著；
        （3）橡胶配方改进、等效阻尼比可达12%以上；
        （4）维修管理成本低（无需其他阻尼装置）；
        （5）大震后残余变形极小，无需更换；
        （6）高阻尼支座表面覆盖有橡胶保护层，保护内部橡胶不受臭氧、紫外线影响，具有更好的耐老化性，50年等效阻尼比降低不到2%；
        （7）HDR高阻尼橡胶的温度依存性较低，广泛用于不同气候地区；
        （8）HDR高阻尼橡胶与天然橡胶一样拥有比较优越的蠕变性能；
        （9）环保无污染。
        2.3滑动隔震支座应用
        3、总结
        滑动隔震是在隔层中安装滑动材料，如石墨、砂、滑石粉等，使地基只能向上部结构传递有限的地震力，起到保护上部结构的作用。其动力特性是整个系统在滑动前的自振周期与结构的自振周期相同。一旦滑动，隔震层的刚度变小，整个系统的自振周期变大。因此，理论上滑动隔震可以避免地震波引起的共振效应。滑动隔离轴承的滑动摩擦面通常采用四氟乙烯直接与不锈钢板和不锈钢板接触，其中四氟乙烯与不锈钢板的接触稳定性最强。摩擦隔离系统是在滑动隔离系统的凹曲底盘上放置滑块。地震发生时，滑块自动拉到顶部，地震后复位时，滑块由于重力而滑到底部。隔震层的摩擦作用可以消耗结构的振动能量，增加结构的阻尼，降低结构的地震反应。本实用新型提供了一种耐张滑动隔离轴承，由上导轨、滑块和下导轨自上而下依次组成，滑块包括与上导轨连接的上滑块、与上导轨连接的下滑块。导轨和橡胶中间夹层、上滑块、橡胶中间夹层和下滑块通过连接件连接。上滑块顶部沿其长度方向设有X向滑槽；下滑块底部沿其长度方向设有Y向滑槽；上滑块与下滑块在接合处连接有橡胶中间夹层。橡胶中间夹层的厚度为6-12mm。本实用新型解决了传统隔震支座隔震层刚度大、减震效果差、结构垂直拉力差、结构抗倾覆能力差的技术问题。
        4、结论
        随着信息时代的发展，建筑物的防震措施越来越重要，建筑结构隔震技术发展前景广阔。目前我国在隔震技术上发展比较完善，但仍有不足，希望在未来隔震技术应用更加广泛。
        参考文献
        [1]薛彦涛.建筑结构隔震技术现状与应用[J].建筑结构，2011（11）：82-87.
        [2]刘伟庆，王曙光.建筑结构隔震减震设计的现状与发展趋势[C]//第六届全国工程结构安全防护学术会议论文集.2007.