建筑结构基础隔震技术其应用

摘 要：概述了工程抗震技术的演变发展过程,系统介绍了基础隔震技术的产生过程、基本原理及特征,并对常用基础隔震结构进行分类,同时还指出了当前基础隔震技术的应用环境及前景.

关 键 词：防震减灾；减震控制；基础隔震；计算理论

[中图分类号]TU352.12[文献标识码]A[文章编号]1009-9646（2011）07-0092-02

一、引言

地震是一种危害性极大的随机性的自然灾害,会给人类带来巨大的灾害.人们在与其长期抗争的过程中不断地总结经验,寻求着更好的抗震减灾措施,而其中建筑结构基础隔震又在其中扮演着一个重要的角色.

二、工程抗震技术的发展

1.工程抗震技术的演变与发展

工程抗震防灾技术从2O世纪初日本明确提出的静力理论阶段(将建筑物视为刚性结构体系,将地震作用简化为一个等效水平静力作用)逐步发展到大大减小结构体系的刚度而形成的柔性结构体系,进而发展为增大上部结构刚度,减少结构底层刚度的柔性底层结构体系,后来又发展到目前我国及世界各国普遍采用的延性结构体系的传统抗震方法.传统抗震技术充分发展至今日,已形成一套完整系统的抗震防灾体系,在很多情况下也是有效的.

2.工程结构减震控制技术的应用现状

目前,基础隔震及耗能减震技术研究已经趋于成熟,已进入试点应用和推广应用阶段,其它减震控制技术尚处于前期探索或试验及理论研究阶段,本文重点介绍基础隔震技术及其应用.

三、建筑结构基础隔震技术

1.基础隔震技术的产生

基础隔震作为一种地震防护措施的思想具有相当悠久的历史,早在1406年明成祖永乐年问修建的紫禁城采用”煮过的糯米石灰膏”地基,1881年日本河合浩藏提出地震时不受到大震动的”横竖交错的多层原木地基”,1909年英国医生J．A．calantarients申请了在建筑物和基础之间设云母层滑移隔震专利.这些例子说明,隔震的思考方法在古代早已存在.叠层橡胶隔震支座的出现使现代隔震结构进入到实用化时代.最早采用天然橡胶垫隔震的建筑是1969年南斯拉夫斯考比市的柏斯坦劳奇小学震后重建工程.之后,世界各国学者对基础隔震开展了广泛深入的研究,取得了令人瞩目的成果,并且正在形成一个新的学科分支.基础隔震技术以其优良的隔着效果、安全性、经济性和适用性正在导致地震防护技术的一场革命,它不仅适用于新建房屋设计,而且也为既有建筑加固改造及珍贵历史文物保护开辟了新的途径.截至目前,世界范围内已经建造了上千幢基础隔震建筑,每年还在以数百幢的速度增加.其中一些已经经受了实际地震的考验,我国新的抗震设计规范(GB50011―2001)正式将隔震技术纳入其中,标志着基础隔震技术已进入推广应用阶段.基础隔震技术改变了传统抗震方法的思路,变”硬抗”为”柔隔”,是一种动态的防护方法,必将成为结构耐震技术发展的新趋势.

2.基础隔震技术的基本原理

基础隔震是通过在结构物上部结构底部与基础之间设置柔性隔震层,在风荷载或小震作用时,隔震层有足够的刚度,几乎不产生什么位移；当强震发生时,隔震系统产生水平位移和变形,吸收大量的地震能量,而上部结构只吸收到有限的能量,从而降低了地震反应.由于隔震层使结构物与基础顶面分开,从而阻隔地震作用向上部结构传递,再则基础隔震体系延长了结构周期,避开由于结构物自振周期和地震周期接近而产生的共振,同时给予适当阻尼使结构的加速度反应大大衰减,上部结构的加速度反应(或地震作用)降低为传统结构加速度反应的1/4~1/12,并且,由于隔震装置的水平刚度远远小于上部结构,所以上部结构在地震中的水平变形从传统结构的”放大晃动型”变为隔震结构的”整体平动型”(图1)这样既能保证结构本身的安全性,也能保护结构内部的装饰、贵重设备仪器不遭破坏,确保结构和生命财产在地震中的安全和正常使用.

3.基础隔震技术的基本特征

隔震体系一般具有以下基本特征：

(1)足够的竖向承载力

隔震装置具有较大的竖向承载力,在建筑结构物使用状态下,安全的支承上部结构的所有荷载,竖向承载力安全系数必须大于6,确保建筑结构物在使用状态下的绝对安全和满足使用要求.

(2)隔震特性

隔震装置具有可变的水平刚度,在强风或微小地震时,具有足够的水平刚度,上部结构水平位移极小,不影响使用要求.在中等强度地震下,其水平刚度较小,上部结构水平滑动,使刚性的抗震结构体系变为柔性隔震结构体系,其固有自振周期大大延长,远离上部结构的自振周期和地面的场地特征周期,从而把地面震动有效地隔开,明显地降低上部结构的地震反应.通常情况下,隔震体系上部结构的加速度反应值可降低为非隔震结构的1/4~1/12.

(3)复位特性

由于隔震装置具有水平弹性回复力,使隔震结构体系在地震中具有瞬时自动复位功能,可满足震后的使用功能.

(4)阻尼消能特性

隔震装置具有足够的阻尼,具有较大的消能能力.

(5)隔震结构体系能有效保护上部结构

基础隔震结构的层间变形很小,这样不仅建筑结构不会破坏,而且建筑内的装修、设施也保持完好,因此在各种生命线工程、宿舍楼、商场、精密仪器室等重要建筑中得到了广泛的应用.

四、结论与展望

基础隔震技术的成熟及广泛推广应用,标志着人类住上在强地震中确保安全的房屋时代的到来,为人类减轻地震灾害提供了一条更加合理有效安全的新途径,将广泛应用于防灾指挥中心、生命线工程、避难中心、救护中心以及量大面广工业与民用建筑的建设,并将在防震减灾事业中起到巨大的积极作用.

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