房屋建筑工程防震减灾技术及性能的研究

房屋建筑工程防震减灾技术及性能的研究

房屋建筑工程中，结构的防震减震技术非常重要，而建筑结构的防震又分为两大设计体系，即抗震设计和减隔振设计，在实际应用中，建筑工程的防震减震技术，能在很大程度上保证人们的生命财产，所以要大力发展，并得到充分利用。

标签 隔震；橡胶；支座；阻尼；结构

1、工程结构防震减震技术的历史

从20世纪出开始，静力理论逐渐得到发展，减小了结构体系的刚度，并形成柔性结构体系，工程抗震防灾技术的发展，使上部结构刚度得到增加，并在柔性底层结构体系中减少了结构底层刚度，一直到现在，工程抗震防灾技术已经基本发展到全国普及的地步，而且延性结构体系的传统抗震方法也得到了广泛的应用。

“设防烈度”一般情况下会做为传统抗震方法的设计依据，此方法以“抗”为核心，通过控制构件的刚度以及非弹性状态下的延性，来达到抗震目的，这个方法能有效的消耗地震波能量以及减轻地震反应，达到使建筑物“裂而不倒”的效果。

2、建筑结构防震技术

2.1 防震方法

现在城市建筑物防震方法可分为两大类：一，建筑物的结构抗震方法。其中包括底部剪力法、振型分解法、时程分析法、频谱法、随机振动法等。二，建筑物的结构减隔震方法。其中包括辊轴隔震、滚珠隔震、橡胶垫块隔震、悬挂基础隔震、摇摆支座隔震、滑动支座隔震、悬挂结构隔震、耗能减震、冲击减震、主动控制减震等。

2.2弹性建筑

弹性建筑是一种防震效果最佳的新型防震建筑，其特点是以柔克刚。最常见的弹性建筑是建在隔离体上的防震大楼，隔离体由分层橡胶、硬钢板组和阻尼器组成，建筑结构不直接与地面接触。阻尼器由螺旋体钢板组成，以减缓上下的颠簸。此外，在滚珠和弹簧上建造大楼是抗震新法，其共同特点是通过隔离或吸收地震能量，减少到达建筑物的振动，防止地震破坏。

3、建筑隔震技术

3.1 隔震结构体系

为保留柔性底层结构体系的特性、避免底层结构构件的损坏，可采用隔震结

构体系。根据隔震装置所处的位置，将隔震结构特性分为地基隔震、基础隔震和层间隔震三大类。

地基隔震可分为绝缘和屏蔽。绝缘是利用软弱地基或象人工地基那样较软的地基有降低输入加速度的性质，在地基自身中降低输入波的方法，但设计时首先必须保证地基对建筑物的支承强度和基础沉降量不超过允许值。屏蔽是在建筑物周围挖深沟或埋入屏蔽板等将卓越长周期的剪切波（S波）隔断的方法。这两种方法都是以地基为对象，用以减少地震波输入，实际工程设计中应用较少。

基础隔震是目前应用最为广泛最为成熟的一项技术，它是在建筑物基底设置控制机构（隔震装置）来隔离地震能量向上部结构传输，使上部结构的振动减轻，防止地震破坏。一些研究和应用较广泛的基础隔震方案有：①橡胶垫隔震装置。包括天然橡胶垫，标准多层橡胶垫，高阻尼橡胶垫，加铅多层橡胶垫等。②滑移隔震。在房屋基础底面处设置钢摩擦滑板、石墨、砂料、涂层垫层及聚四氟乙烯等材料形成滑移层，使建筑物遭遇地震时，通过该处不连续介面的滑移错动，部分地切断地震波的传播，限制上部结构的地震反应。③滚珠及滚轴隔震。用高强合金制成的滚珠（滚轴）涂以防锈或润滑层后置于上部结构与基础之间，地震作用下，通过滚珠及滚轴滚动而达到隔震的目的，此外还有摆动隔震、悬吊隔震、螺栓钢弹簧隔震、混合隔震等装置。

隔震装置除了可以设在建筑物基底，还可视需要设置在建筑物层与层之间，即形成层间隔震体系。一种是将隔震层设置在结构一层、中间层的隔震结构；一种是将MD系统中的弹簧一阻尼器用叠层橡胶支座代替、用顶层楼板或隔热层作为质量块的屋顶隔震。由于这类结构的隔震装置都是最初用来隔震的橡胶支座，只是隔震层的位置不同，故统称为层间隔震结构。

3.2橡胶支座

根据“基础隔震”理论研究开发的建筑隔震橡胶支座是当今世界上应用最多、技术最成熟的隔震元件。橡胶支座的隔震原理是在建筑物或构筑物基底或某个位置上设置橡胶支座，利用橡胶支座的水平柔性形成一道柔性的隔震层，通过此层吸收和耗散地震能量，以集中发生在隔震层的较大相对位移为代价，阻止或减轻地震能量向上部结构传递，并使整个建筑物的自振周期得以延长，以减轻上部结构地震反应，最终达到减轻上部结构地震破坏目的。据有关资料报道，装用橡胶支座后，建筑物受地震冲击破坏的能量可减轻1/3～1/5。

目前常用的建筑隔震橡胶支座有三种：①天然橡胶支座，是由多层天然橡胶板与多层钢板相互叠合而成。天然橡胶耐老化、耐蠕变性能好，但减震（阻尼能力）差，作为隔震用途时，往往与其它阻尼装置配合使用，其外部用耐侯性、耐臭氧性好的合成橡胶做保护层。②高阻尼橡胶叠层支座，由于采用高阻尼橡胶，具有隔震橡胶所需要的稳定支承、弹性复位和阻尼功能，可单独作为隔震装置使用。其橡胶材料为天然橡胶和合成橡胶并用，或用氯丁橡胶、硅橡胶，由于其本身具有较好的阻尼性能，不需与其它阻尼装置配合，可单独使用。③铅芯叠层橡胶支座，在普通天然橡胶支座的中孔灌入铅芯而成，其目的一是提高橡胶支座的

阻尼，二是增加支座的早期刚度。近年为保护环境，改用锡代替铅。

4、建筑结构减震技术

4.1消能减震设计原理

消能减震设计指在抗侧力结构中设置消能装置，通过其局部变形提供附加阻尼，以消耗输入上部结构的地震能量，从而使主体结构构件在罕遇地震下不发生严重破坏。消能装置通常由阻尼器、耗能支撑等组成。消能装置不改变结构的基本形式，房屋的抗震构造与普通房屋相比不降低，其抗震安全性可有明显的提高。

4.2技术要求

需要减少地震水平位移的钢和钢筋混凝土等结构类型的房屋宜采用消能减震设计。减震设计应根据罕遇地震下的预期结构位移控制要求，设置适当的消能部件。消能部件应对结构提供足够的附加阻尼。目前减震部件较多有：橡胶垫隔震减震器、空气阻尼式减震器、不锈钢丝绳减震器、封闭形减震器等等，石墨也是较理想的助滑剂材料。

消能部件可由消能器及斜撑、墙体、梁或节点等支承构件组成，消能器与斜撑、墙体、梁或节点等支承构件的连接，应符合钢构件连接或钢与钢筋混凝土构件连接的构造要求，并能承担消能器施加给连接节点的最大作用力。消能器可采用速度相关型、位移相关型或其他类型。速度相关型消能器指粘滞消能器和粘弹性消能器等；位移相关型消能器指金属屈服消能器和摩擦消能器等。消能部件可根据需要沿结构的两个主轴方向分别设置。消能部件宜设置在层间变形较大的位置，其数量和分布应通过综合分析合理确定，并有利于提高整个结构的消能减震能力，形成均匀合理的受力体系。与消能部件相连的结构构件，应计入消能部件传递的附加内力，并将其传递到基础。

消能器和连接构件应具有耐久性和良好的易维护性。设置隔震部件和减震部件的部位，除按计算确定外，应采取便于检查和替换的措施。

参考文献：

[1]祁皑.层间隔震技术评述.地震工程与工程振动，2004（6）

[2]孙国荣.隔震技术在建筑结构中的应用和展望.泰州职业技术学院学报，2007（1）

[3]李雨閣，袁秀霞，张新中.建筑结构基础隔震技术及其应用.甘肃科技，2007（5）