房屋建筑中间层隔震分析

刘铁柱，封韶飞

（西峡县第二建筑集团有限责任公司,河南 南阳 474550）

1 房屋建筑的隔震技术概述

1.1 房屋建筑中抗震与隔震的区别

（1）抗震

传统房屋建筑中抗震结构的机理是利用建筑结构主体的抗侧力构件屈服后的耗能和塑性变形来实现防震的效果的，也就是说，传统房屋建筑中抗震对房屋建筑所在区域的耗能性能依赖程度非常高，区域的耗能性能越高，房屋建筑的抗震效果就越好，相反，区域的耗能性能越低，房屋建筑的抗震效果就越差。在传统房屋建筑中抗震设计中，主要通过在建筑结构设计中配用耗能构件、设置多道抗震设防线以及实现结构的承载力、刚度、延性的合理匹配来提高建筑结构的抗震性能。尽管这些抗震举措在实际应用中取得了很好的防震效果。但是，针对一些建筑物的修复加固改造和一些对安全性较高的房屋建筑而言，传统的房屋建筑中抗震设计效果不是十分理想，还需要在建筑施工中采用防震效果更好的隔震技术。

（2）隔震

隔震顾名思义，就是隔离地震，房屋建筑中的隔震就是在建筑物的某个位置设置控制机构来隔离地震能量，有效避免地震能量对房屋建筑的冲击，而造成房屋建筑的破坏，及时有一些未被消耗的地震能量冲击到了房屋建筑，也只会造成房屋建筑产生轻微的运动和变形，从而保障建筑物的安全。随着隔震所需的相关控制技术的不断发展，隔震技术在房屋建筑所取得的抗震效果越来越显著，其应用也势必会越来越广泛。

1.2 隔震技术的特点

隔震技术作为一种新兴学科技术，它可以通过消耗地震能量，来消除或减轻地震对房屋建筑结构的损坏，提高房屋建筑物的抗震能力，增强建筑物及内部设施和人员的安全性。与以往的建筑结构抗震设计相比，隔震技术具有以下几个方面的显著特点：一是隔震技术具有很大的设计自由度，可以提高地震时结构的安全性；二是基于隔震技术的房屋建筑可以有效防止建筑结构中非结构构件的破坏以及建筑物内部物品的振动移动和翻到；三是隔震技术在地震发生时可以抑制振动的不适感，同时还可以保证建筑物内部设备的使用功能等。

2 房屋建筑中间层隔震方案的设计

常用的房屋建筑中间层隔震方案主要包括基于隔震装置的隔震和悬挂隔震两种隔震方案，其中，隔震装置隔震方案就是在建筑物或构筑物的中间层设置隔震装置；悬挂隔震方案就是悬挂隔震即将结构的全部或大部分质量悬挂起来，使地震动传递不到主体质量上，产生较小的惯性力，从而起到隔震作用。

2.1 基于隔震装置的隔震方案

2.1.1 隔震器

（1）橡胶支座

隔震器中常用的橡胶支座一般是由钢板和多层橡胶相互叠加而成，由于橡胶容易受到来自钢板的相关外力的作用，在施加竖向荷载时，不会产生很大的横向变形，在施加横向荷载时，不会产生很大的竖向变形，这就使隔震器中的橡胶支座具有了较强的抗压能力。

（2）铅心橡胶垫

铅心橡胶垫在橡胶支座的基础上进行的改进。所谓的铅心橡胶垫，就是在橡胶支座中心钻孔，插入一个铅芯，利用其塑性变形能力把支座的临界阻尼从3%增加到15%左右。因此，在低阻尼要求的情况下，可以采用铅心橡胶垫进行隔震。

（3）柔性桩结构

柔性桩结构是采用立在套管中的桩来实现隔震效果，柔性桩结构由于套管和桩之间有一定的间隙，进而可以使桩在水平方向上具备一定的柔性，从而可以使桩可以在套管中变位，将可能发生有害地震的土层与房屋建筑结构分开。

2.1.2 阻尼器

（1）油阻尼器

油阻尼器是目前应用的最为广泛的阻尼材料。根据流体动力学理论可以设计各种形式的油阻尼器。其中常见的油阻尼器包括柴油机油阻尼器、油硅油阻尼器、机械油阻尼器以及变压器油阻尼器等。可以根据需要将其应用于不同的房屋建筑的隔震设计中。

（2）摩擦阻尼器

摩擦阻尼器就是由几块钢板用高强螺栓连在一起而形成的。通过调节高强螺栓的预应力，就可调节钢板间摩擦力的大小。因此，通过对钢板表面进行处理或加垫特殊摩擦材料，就可以使阻尼器的往复摩擦性能得到有效的改善。

2.2 悬挂隔震方案

与基于隔震装置的隔震方案不同，悬挂隔震结构悬杆受力一般比较大，须采用高强钢，但是高强钢忍性较差，在竖向地震作用时易拉断。为减小竖向地震作用，可在吊点设减震弹簧，并配合使用阻尼器，从而实现良好的抗震效果。

3 房屋建筑中间层隔震结构设计

3.1 隔震层的位置

房屋建筑中间层隔震结构设置在建筑物中间层的中间层隔震。在实际工程中，主要根据建筑物的用途、性能、造价等因素来进行综合判断确定合适的隔震层位置。如将隔震构件用于较大范围若干栋高层住宅的中间层部分，提高高层建筑的抗震效果。

3.2 隔震层水平刚度的结构方案

为了提高隔震效果，隔震层的水平刚度应十分低，使建筑物的自振周期增大。在实际中，可以采用大间距、大直径多层橡胶的结构方案，使得每个隔震器的受荷面积增大，而总数减少。

3.3 多层橡胶层不产生拉力的结构方案

多层橡胶受拉剪的试验资料比受压剪的少，应保证其受力可靠。因此，多层橡胶与上部分结构不采用螺栓连接而采用铰接连接，使多层橡胶层不产生拉力。

3.4 隔震构件的置换

隔震建筑中，变形和能量吸收都集中在隔震层，因此隔震层构件应当具有可以置换的隔震结构的优点。考虑到阻尼器较隔震器承受建筑物的重量容易置换，所以，一般采用在建筑物的相关位置设置千斤顶来置换隔震器。

4 结语

一般来说，中间层隔震结构可以适合各种用途的建筑，并都能获得较好的隔震效果。出于结构的安全性、房屋内部物品的振动翻到、防止构件二次损坏等因素，包括住宅、公共建筑等在内的各种房屋建筑更适合用中间层隔震措施。与传统的抗震建筑相比，利用中间层隔震技术进行的房屋建筑抗震设计效果更佳，在未来的房屋建筑抗震领域将会应用的越来越为广泛。