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

隨著社會(huì)發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類對(duì)地震災(zāi)害的預(yù)見(jiàn)和預(yù)防工作更加重視，如何“從注重災(zāi)后救助向?yàn)?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(xiǎn)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(guó)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(guó)建筑工程主要采用了三種抗震方法，通俗來(lái)講，一種是通過(guò)加粗柱子、多加鋼筋的傳統(tǒng)方法，提高建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度來(lái)“抗震”；另一種是將建筑物某些非承重部分設(shè)計(jì)成效能桿件或通過(guò)裝設(shè)效能裝置來(lái)進(jìn)行“減震”；第三種是通過(guò)在地基與柱子之間加鋼板橡膠墊的方法來(lái)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(qiáng)度和延性變形能力來(lái)抵抗地震的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法，增加了建造費(fèi)用和施工難度，并且在高烈度的地震實(shí)例中，抗震設(shè)計(jì)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(lái), 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(lái)，我國(guó)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(jiàn)( 暫行) 》( 建質(zhì)〔2014〕25 號(hào)) 的文件后，減隔震技術(shù)得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注與應(yīng)用，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也逐漸從傳統(tǒng)的“抗震”設(shè)計(jì)向“減震”“隔震”設(shè)計(jì)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(shí)，能與可能造成結(jié)構(gòu)破壞的地面震動(dòng)隔離開(kāi)來(lái)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，采取的方法為延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期，在相關(guān)范圍內(nèi)，規(guī)避開(kāi)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(guò)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(guò)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(diǎn)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(guò)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)自振周期，避開(kāi)地面振動(dòng)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(kāi)來(lái)，減小傳遞給基礎(chǔ)的力；二是“消極隔震”，即阻止震動(dòng)的輸入，常用的方式是設(shè)置隔震層。

隔震示意圖

中國(guó)工程院院士周福霖曾將隔震生動(dòng)的比作水托著海上行駛的船。地震時(shí)船體與震動(dòng)的海面之間隔著柔軟的水層，船體只會(huì)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?yàn)榈卣鹉芰縼?lái)自于地面，地面劇烈振動(dòng)的時(shí)候，會(huì)同時(shí)引發(fā)建筑物的劇烈抖動(dòng)，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(duì)建筑物、對(duì)室內(nèi)設(shè)施、對(duì)人員的損害與威脅，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

非隔震結(jié)構(gòu)與隔震結(jié)構(gòu)的變形對(duì)比圖

從非隔震結(jié)構(gòu)與隔震結(jié)構(gòu)的變形對(duì)比圖，我們可以看出，左邊沒(méi)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(shí)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(jì)數(shù)據(jù)來(lái)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(shí)，只會(huì)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(huì)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(shí)，會(huì)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(méi)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(wú)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(guó)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(dòng)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(guò)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(guò)對(duì)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(duì)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(qiáng)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(jià)格低廉、加工方便。目前, 鉛芯橡膠支座已被多個(gè)國(guó)*應(yīng)用于橋梁抗震中, 如日本的宮川大橋, 中國(guó)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(shí)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(dòng)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(guò)幾代人的努力已經(jīng)日趨成熟，能夠結(jié)合工程的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。但是，該項(xiàng)技術(shù)還存在著許多問(wèn)題，比如經(jīng)濟(jì)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(jì)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(duì)裝置結(jié)構(gòu)的性能影響；器材的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高等等。因此在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的減隔震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該從經(jīng)濟(jì)、安全、技術(shù)實(shí)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(shí)場(chǎng)地條件、使用功能進(jìn)行綜合判斷，最終確定設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)：

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文章來(lái)源：震知卓見(jiàn)（ID：dizhen_sd）