您当前的位置: 抗震防震知识

建筑隔震技术特点

2017-08-02

一、隔震装置

 隔震技术是通过在上部结构与下部结构之间设置隔震层,以避开地震对建筑物的能量输入。近年来发明了种类繁多的隔震装置,按其原理不同可分为弹性支承与滑动支承两大类。弹性支承类隔震装置主要有铅芯橡胶隔震支座,夹层橡胶隔震支座和高阻尼橡胶隔震支座等,一般采用橡胶为柔性材料,地震时柔性材料发生较大水平变形,阻止了携带主要能量的高频地震波向上部结构传递,上部结构所受地震作用显著减小。而滑动支承类隔震装置内部有一滑动界面,当地震引起的惯性力大于最大静摩擦力时,上部结构即可在隔震装置的滑动界面上产生滑动,这样可以避免剧烈的地表运动传至上部结构,常见的有水平摩擦滑动隔震支座、滚动隔震装置和摩擦摆隔震支座。
    橡胶隔震支座(普通橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座和高阻尼橡胶隔震支座等)既具有较高的竖向承载能力、大水平位移能力和复位功能,同时普通橡胶支座与阻尼器、铅芯橡胶支座或高阻尼橡胶支座配合使用时可提供较大阻尼,由橡胶隔震支座组成的隔震体系理论、试验研究及工程应用已较为成熟,隔震效果显著,是目前建筑隔震的主流产品,国内外已经建成的隔震建筑90%以上采用橡胶隔震支座,我国建筑隔震采用橡胶支座的比例更大。建筑橡胶隔震支座在我国的应用较为成熟,标准较为完善。目前已颁布的相关标准有:《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)、《叠层橡胶支座隔震技术规程》(CECS 126:2001)、《建筑隔震橡胶支座》(JG119-2000)、《橡胶支座 第1部分:隔震橡胶支座试验方法》(GB20688.1-2006)、《橡胶支座 第2部分 桥梁隔震橡胶支座》(GB20688.2-2006)、《橡胶支座 第3部分:建筑隔震橡胶支座》(GB20688.3-2006)、《橡胶支座 第4部分 普通橡胶支座》(GB20688.4-2006)。正在编写的标准有《建筑隔震施工与验收规范》、《建筑隔震设计规范》等。
    任何一项与建筑结构安全相关的新技术的推广,通常都将经历研究、试验、试点再到广泛应用的较长过程。抗震新技术尤其要经过发生概率较低的大地震的实际检验方可推广应用。橡胶隔震支座经历了近50年的研究发展,目前橡胶隔震支座结构简单、造价合理、理论和试验研究成果比较丰富和完善,且经历多次地震检验效果明显,标准相对健全,技术较成熟,已进入推广应用期。在今后较长时期橡胶隔震支座将成为建筑隔震依托的主要产品。目前,我国建筑上使用最多的是普通橡胶支座和铅芯橡胶支座。普通橡胶支座阻尼较小,地震作用下的水平位移较大,但变形后的恢复性能好。铅芯橡胶支座在罕遇地震作用下水平位移较小,但是对于高频波的隔震效果相对较差,且上部结构高振型影响较大,针对两种橡胶支座的性能特点,通常采用两种橡胶支座合理组合的建筑隔震体系可以达到较好的隔震效果,同时隔震层罕遇地震下的变形也能得到较好的控制。由于铅芯橡胶支座在生产和使用过程中存在环境污染风险,所以国际上开始探索使用高阻尼橡胶支座作为升级替代产品,高阻尼橡胶支座阻尼和水平刚度依赖于应变频率和幅值,对高频波的隔震效果较好。高阻尼橡胶支座对橡胶材料性能要求较高,影响支座性能的因素较多,在试验研究及结构设计上尚有许多难点需要突破。另外,由于市场工艺水平的限制,过去我国建筑隔震支座产品尺寸较小、性能不稳定、产品繁杂,随着工艺水平的提高,标准化的高性能大尺寸隔震产品必将成为主流,以适应更高的建筑抗震性能要求。
    橡胶隔震支座的应用领域较为广泛,即可用于隔离地震引起的振动,也可用于隔离设备振动或环境振动。在建筑工程上橡胶隔震支座广泛用于医院、学校、通讯、消防、电力、金融、博物馆、核电站等重要建筑,以保证地震后结构和设备完好,功能不中断。近年来在住宅项目上也有大量应用。橡胶隔震支座还广泛用于公路、铁路桥梁,以防止由地震引起交通中断,削减车辆引起的振动和温度变形。在设备隔震方面,橡胶支座用于贵重设备隔震和隔离震动设备引起的振动,橡胶支座还可用于石油浮放储罐和输油管线的隔震。
   二、橡胶支座隔震系统的特点

 建筑隔震技术是最近四十年来抗震防灾工程领域最重大的创新技术之一,现阶段具有无可比拟的优越性,能降低地震力50-80%。它能使结构安全性成倍提高,并能保护内部设备仪器,在地震后不丧失使用功能,实现结构、生命、室内财产“三保护”,近年来其优异的抗震效果在国内外大地震中得到了检验。
   (一)隔震效果显著
  建筑隔震技术能使结构抗震安全性大幅提高,近年来其优异的抗震效果在国内外大地震中得到了检验,以下是一些国内外典型实例:
    实例1:1994年洛杉矶6.7级地震中,该地区有40座医院遭到破坏严重而不能使用。南加州大学医院为隔震建筑,地震中完好无损,成为救灾中心,对震后紧急救援起到了十分重要的作用。       
    实例2:1995年日本阪神7.6级地震中,西部邮政大楼是隔震建筑。震后该建筑完好,设备无损,在救灾中发挥了较大作用。地震记录显示该建筑所受地震力仅为非隔震建筑的十分之一。       
    实例3:2011年“3.11”日本9.0级地震,日在仙台、福岛震中区有许多隔震建筑,地震后毫无例外的完好无损,室内设施和物品甚至没有任何移位,其中包括超过100米的高层隔震建筑。       
    实例4:2013年四川芦山7级地震,芦山县人民医院门诊楼为隔震建筑,震后结构基本完好,设备正常使用,在抗震救灾中发挥重要作用。医院其它建筑破坏严重无法使用。       
   (二)具有较好的经济性

建筑采用减隔震技术,虽然减隔震装置的费用增加了建筑造价成本,但另一方面,由于采用减隔震设计,上部结构所承受的地震作用减小,梁柱墙截面减小,可减少钢材和混凝土的用量,工程造价相应降低。
      通过对全国范围内130个项目、335万平米减隔震建筑工程进行调查,在建筑抗震性能大幅提高的前提下,九度抗震设防区采用减隔震技术,结构造价明显降低5%左右;八度设防区工程造价略降低或持平;七度区工程造价略增加,通常增加约100元/平方米。从长期经济效益和建筑全寿命周期的费用—效益分析来看,建筑物若遭遇较大地震,传统抗震建筑将造成结构和财产两个方面损失,同时导致企业、工厂等不能正常工作造成经济损失。而隔震建筑在遭遇较大地震时,建筑功能完好,财产不损失,因此,隔震建筑长期经济效益较好。
(三)具有良好的耐久性
       橡胶隔震支座是由叠层橡胶钢板组成,橡胶片和钢板按照严格的工艺条件生产加工,橡胶和钢板粘结的非常紧密,隔震橡胶支座四周还有一层1cm厚的橡胶保护层,防止阳光、水和空气进入支座内部,并且隔震支座的工作位置是在隔震层,周围一般不会有阳光照射。根据实验研究和工程调查,隔震橡胶支座的抗老化性能超过80年。我国一般建筑的设计使用周期为50年。
(四)可改善建筑功能
       传统抗震建筑,主要通过调整结构体系和增大梁柱截面来提高结构的抗震能力。增大梁柱截面,会导致结构体系个别区域刚度大,反而使结构延性降低,不利于抗震,也不利于发挥结构使用功能。对位于高烈度区的建筑以及结构形式比较复杂的建筑,结构形式和建筑高度受到限制,采用传统抗震技术解决难度较大。而建筑减隔震技术,可以降低上部结构的水平地震作用,适当降低抗震措施,可以选择合适的结构体系,使得上部结构设计更加自由灵活,建筑的使用功能得以充分发挥。
(五)地震后具有自动复位功能
       地震后橡胶隔震支座产生变形,但支座内部橡胶将产生回复力,所以橡胶隔震支座具有自我恢复功能,地震后会在短期内逐步恢复到原位。目前经历过地震的隔震建筑没有出现过不能恢复的情况。
(六)施工工期
      建筑使用隔震技术,施工时增加了隔震层的施工,比常规建筑增加了施工时间。但采用隔震技术后上部结构构件配筋减少,钢筋制作难度减小,建筑材料节约,制作人工减少。对隔震和非隔震建筑施工时间进行详细对比结果表明,总工期没有明显增加。


主办单位: 云南省住房和城乡建设厅抗震防震处 技术支持单位: 云南官房电子科技有限公司
地址: 昆明市红塔东路3号 技术支持电话: 0871-65630498