建筑结构隔震加固作用分析

(山东科技大学土木工程与建筑学院， 山东 青岛 266590)

1 绪论

隔振技术在全世界范围内的应用是比较广泛的，尤其是中低层建筑适用性更强，效果明显。随着建筑业的突飞猛进，隔振技术也逐步使用在了高层建筑领域，其中的应用主要涉及隔振支座的拉应力，高层建筑结构相对于普通中低层高宽比比较大，过大的高宽比致使建筑物的倾覆效应十分明显，需要支座提供较大的抗拉能力，这也是目前最主要的研究问题。

1.1 传统抗震加固方法

传统的抗震加固方法伴随着国内外学者研究的不断深入以及科学技术的发展突飞猛进，我们对地震的研究和其振动原理以及对建筑物结构造成的损害都有了更新的认识。在实际的施工过程中，相关工作人员总结出了以下几种最常用的建筑结构抗震施工方法:砖砌体的混凝土板墙加固法、增设抗震墙加固法、框架柱的加固方法、增设支撑加固法。

1.2 隔震加固方法

隔振和抗震在基本原理上是不同的，隔振加固的方法基本分为两类，一是基础隔振，这一方法就是将隔振加固设施安装在建筑结构的底部和结构基础上层之间；另一种方法即层间隔振加固，这种方法是在原来的既有的建筑结构的上面安装由一定质量和用来隔振的支座共同组成的建筑耗能装置，在地震发生时，这一装置可以吸收部分地震产生的能量，在消耗地震能量的过程中减小地震对建筑物的作用。

1.3 隔震加固方法对比传统抗震加固方法的优点

（1）与传统抗震相比较，在强震的作用下，隔振加固措施比抗震加固措施更容易吸收地震能量，降低建筑物的破坏，尤其是隔振装置可以更明显的保持建筑物上部结构的稳定性。所以，隔振技术在强震作用下有更明显的优势保持建筑物的安全性。

（2）隔振加固方法可以有效降低工程造价。传统的抗震加固技术是对建筑物整体，包括上部结构很多方面都要进行加固，而隔振技术只需要对建筑物的底部增加刚度比较小的简单隔振层或者对部分结构进行补强就可以保证上部建筑结构的稳定，不仅减小了施工难度，同时节约了大部分成本，降低了工程造价。

（3）隔振加固技术所能应用的工程技术形式更加广泛。隔振技术相比较抗震技术具有更加广泛的应用空间，在建筑工程工程形式上可以应用到一般建筑、重要性建筑等，还有建筑物的各种结构体系砖石、钢混、纯钢结构都适用。

2 隔震加固的原理及性能目标的划分

2.1 隔震加固技术的原理

隔震方法的使用在大型地震作用时展现出了很好的效果,证明了隔震技术的安全性和有效性,与传统的抗震结构体系上部结构变形较大相比，隔振方法可以保持底部水平的微小运动，变形量较小，保持弹性或不进入明显的弹塑性状态,可近似地认为地震能量和变形全部集中在隔震层并由耗能装置耗散(吸收),因而上部结构不需要另行采取加固措施。

2.2 基础隔震体系的分类

(1)橡胶支座隔震体系

橡胶支座隔震结构由上部结构和隔震层组成,隔震层由叠层橡胶支座组成。这种隔振设置在遇到大风或者小型地震的时候可以较小幅度的改变水平刚度，使结构的上部水平位移变化更小，在受到的地震强度较大时，隔振支座可以改变结构体系的性质，在建筑结构和下部基础之间产生相对运动，使得上部结构和下部基础形成半独立的体系，从而有效的将地震作用减弱，避免建筑物受损。

(2)滑动隔震体系

常见的有水平摩擦滑动隔震系统、滚动隔震系统和摩擦摆动隔震系统。摩擦滑动隔震装置在一开始就有一定的刚度值，产生结构滑移的时候不存在刚度增量，在遇到小程度的地震时，摩擦滑动隔震装置可以有效阻止上部结构的相对滑动，可以使建筑与地面一起发生运动，当遇见大型地震时，摩擦滑动隔震装置提供的摩擦力不足以抵抗外界的地震作用力，产生相对滑移，此装置这才开始发挥作用，将地震力控制在合理的范围内，不会破坏上部结构，保证结构的稳定性。

(3)混合隔震体系

混合隔振体系指的就是将上述两种支座的使用方式相结合，更全面、安全的发挥隔振的优势，主要有并联和串联两种形式的链接，克服了前两种隔振装置在单独作用下的缺点。实际的工程应用中较多的是采用叠加层的钢板橡胶隔振类型支座与滑动摩擦类型的支座相互串联。进一步地可以分为复合式、分离式两种形式的串联机构。这种串联机构可以更有效的传递地震作用下的水平剪力，对上部结构的稳定性维持有更好的效果。

2.3 基于性能的隔震加固性能水准的划分

一般结构性能水准的划分。结构的目标性能是指在一定超越概率的地震发生时,结构期望的最大破坏程度。在基于性能的建筑物结构抗震设计中,一般情况下隔振加固结构性能水准的划分分为两种：一种是在现有的规范中所给出的各种结构的目标性能，一般体现的是建筑结构抗震的通用点，是在抗震设计中必须遵守的也是最低的要求；另外一种就是根据建筑结构不同的用途，还有其他的特殊要求所订立的，不同的结构不同要求，针对的是具体的结构设计，根据结构所需要的来订立新的要求。

3 隔震加固的施工方案

3.1 混凝土柱的隔震改造加固

(1)隔震支座的安装

按照隔震设计对隔震层以下柱子的要求和放置隔震支座施工需要,原来的柱子要将四周用来安装隔振支座的区段去掉，重新浇筑新的外包柱子，用以加固、支撑。外包钢筋混凝土下段的底部应座落在原有混凝土柱的基础上,并将原基础扩大,顶部做成牛腿型。外包混凝土达到设计强度之后,在短支墩之间打入楔形钢垫块,使短支墩有能力稳固地支撑上部结构,之后切除高度为b的原混凝土柱段。

(2)支撑结构的构造设计

支撑结构的上部外面包混凝土的高度要满足相应建筑接合面的抵抗剪力要求，在原柱截断后支撑结构必须承担原柱的全部竖向荷载,新老混凝土结合面的抗剪承载力应大于该柱的轴向压力。为了更好体现新旧混凝土结合粘结力，提高抵抗剪力的能力，一般在外包混凝土中埋设U形或者全封闭式的钢筋。

3.2 剪力墙的隔震改造加固

安装剪力墙下隔震支座的支撑结构与柱子有所不同。首先要在已有剪力墙的内部和外部现浇四根梁用于结构支撑，还要在剪力墙下部隔振支座处现浇混凝土构造柱，构造柱的支撑力源自原来的剪力墙结构。最后，不同的构件类型要按照不同的受力条件计算确定。

4 结论

近年来,高层建筑结构成为未来的发展趋势,高层隔震技术也在我国得到广泛的应用。隔震措施可以使上部结构在大地震情况下呈现稳定状态，使上部结构不至被破坏，然而在大震、特别在超大震作用下隔震层位移、结构整体的抗倾覆安全都需要特别研究。本文通过学习国内外相关文献，总结出了基于设计理论研究的建筑结构抗震、隔振的设计方法，并对这些方法就行了理论研究，对比分析，相关人员依据现场的经验和具体的工程实例具体问题具体分析，隔振技术的应用和方法都还需要更进一步的深入研究。

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