村镇建筑隔震技术研究现状综述

尹 金 宋晓胜

(华北理工大学，河北 唐山 063210)

1 概述

尽管近几年我国的城镇化发展速度很快，然而我国仍有94%的农村地区和数量可观的农村人口，数量众多的农村建筑的抗震减震问题仍是并且长期是我国需要解决的问题。除此之外，我国是一个地震易发国，全国80%的地区处于地震强度6级以上，且这些地区大多分布在村镇。比起城市，村镇建筑的抗震能力普遍较差，除上述原因外，还与村镇人口的防灾减灾意识以及房屋的抗震性能有关，故而在地震发生时，地震对于村镇建筑的破坏尤为严重，且造成的经济损失和人员伤亡都十分巨大。从2008年发生在四川省汶川地区的大地震到2020年发生在云南省巧家地区的地震就能看出：地震对于村镇地区建筑物的破坏力十分巨大，并且，会带来更多的经济损失和人员伤亡，给村镇人口带来毁灭性打击，因此，对于村镇建筑物的抗震减震技术的研究十分必要。

为了尽快解决农村民房设防差的问题，早在21世纪初，就有多位专业人员向上级提出在我国实施“地震安全农居工程”的建议。在2019年年底，国家相关部门公布了《关于做好农房抗震改造试点的补充通知》，鼓励农民住房抗震重建，各地政府要发挥组织协调作用，对那些自身建设有困难，但有统一建设意愿的农民，要放松要求，支持他们选派合格的施工队伍统一施工。此外，还要求迅速开展2019年地震灾后重建试点，到2020年年底完成全部工程。

传统的结构抗震主要是保证结构自身具有一定的强度、刚度和延性，以满足一定的抗震要求，为了增强建筑结构抗震能力，目前出现了许多新的抗震新技术，如：隔震技术、耗能减震技术、吸振减震技术等。隔震技术是指在建筑物基础和上部结构之间设置隔震支座和减震装置，从而改变建筑物与基础的固结形式，形成隔震层，正是由于隔震层的隔震、减震作用，使得发生地震时，上部结构近似平动，最终获得合适的减震效果[1]。目前，对农村建筑隔震技术的研究相对缺乏，技术还不成熟。本文将对村镇建筑隔震技术的研究现状进行综述，并在总结的基础上提出笔者的看法和建议，为今后农村民居地震安全工程的实施提供理论上的参考。

2 村镇建筑隔震

隔震技术的核心是建筑物基础与地基之间的材料选取即隔震层材料的选取，不同的学者选取不同的材料作为隔震层材料进行实验研究，得出不同材料作为隔震层的效果，并对其优越性和不足进行了总结。本文将从四个方面对不同学者的隔震研究进行描述和分析。

2.1 砂垫层隔震

砂垫层隔震是在建筑物基础和地基之间放置一定厚度的砂粒垫层，其粒径、厚度、密实度和含水率不一。在我国，砂石这种材料自然界分布广泛、压实性能好、承载力和抗剪强度均比较高，而且价格低廉，因此将砂垫层应用在我国村镇在建或已建房屋的隔震中是十分有必要的。赵少伟等[2]通过对不同粒径不同厚度的砂垫层做振动台试验，对比试验结果分析得到厚度不同的砂垫层，有着不同的减震效果，且砂垫层越厚，减震效果越好。窦远明等[3]在砂垫层隔震性能的试验研究中发现，当输入EI-Centro时，砂垫层厚度增加，减震效果增强，但当输入其他波时，厚度变化对减震效果影响不大；随着砂垫层密实度(即砂垫层刚度)的减少，减震效果增强。王海刚[4]在村镇建筑砂垫层摩擦滑移隔震性能试验研究中发现，在不同加速度峰值的三种地震波(EI-Centro波、Taft波和正弦波)作用下，在不同工况作用下，砂垫层能起到一定的隔震减震效果，最大减震率可达67.20%。

砂垫层隔震技术的局限性在于，砂粒与基础面的基础方式为点接触，经过多次运动后，砂粒容易发生碎裂，从而增大了接触面的摩擦系数，造成隔震效果不理想。今后，在其设计方面应加以突破，并且还应详细其设计及施工规范的制定，使其更加科学化。

2.2 石墨层隔震

石墨材料成本低，与砂粒材料相比，耐久性能更好，它的动、静摩擦系数在0.15～0.23之间，此外，相邻表面的材料、厚度和干、湿程度对其摩擦性能影响不大，适合作为隔震层的滑移材料。楼永林等[5]在多层砖房底部滑移减震研究中发现，石墨与砾砂、豆粒和石腊相比，是一种更为理想的摩擦滑移材料，且符合摩擦滑移隔震技术对隔震层材料的要求。谷伟等[6]在双向地震耦合作用对基础摩擦隔震结构的影响研究中，通过数值计算发现，水平地震作用不仅对基础摩擦隔震体系有一定的影响，而且竖向地震作用也不容忽视。为了发展村镇地区低层砌体房屋的低成本隔震技术，曹万林等[7]改进石墨隔震层的材料，提出了一种玻璃珠—石墨基础滑移隔震系统，通过试验分析发现，该滑移隔震系统具有良好的性能，可以显著降低对上部砌体结构的地震影响。王光洁等[8]提出一种新型隔震体系，由石墨滑移层和简易隔震橡胶组成。并以海南省某典型的砖混结构为例进行了实例分析，还进行了1∶4振动台试验和理论分析。结果表明，隔振系统具有良好的减震效果。特别是在罕遇地震中，减震效果非常明显。顶层加速度比台面降低近40%，具有良好的能耗能力。

石墨层隔震虽有较小的摩擦系数，但其局限性是没有恢复力，当发生地震作用时，隔震层位移因无法控制，会发生过大的位移，如何使用阻尼器或其他限位装置来约束它的过大位移，是我们必须要面对的问题。另外，石墨层也应有保护措施，避免长时间的风吹日晒对其造成的损耗，从而影响其隔震性能。

2.3 沥青层隔震

沥青是土木工程中非常重要的材料之一，被广泛的应用于房屋建筑、路桥、水利工程以及其他防水防潮工程中。沥青也是很好的一种减隔震材料。钱国桢等[9]提出一种新型的沥青阻尼隔震垫(BS垫)，将其应用在一幢砖混住宅建筑中，进行了振动台试验，并与一幢相邻的同种建筑作对比，对该隔震垫也进行了相关物理特性、耐久性和隔震机理的研究，结果表明，采用BS垫的隔震建筑的自振周期要比未采用此垫的自振周期明显延长,且上部结构的峰值加速度得到了明显衰减，从而起到了减震的效果。尚守平等[10]在沥青隔震层中设置竖向钢筋对沥青垫层的构造进行改进。对新型隔震层进行了足尺模型拟动力试验和振动台试验，结果表明：在不同地震波的作用下，上部结构的加速度响应可以得到明显衰减，具有良好的减震效果。

沥青材料相比较于砂粒和石墨，因其有良好的弹性和阻尼性能，能更广泛的应用于村镇建筑隔震技术中，但其局限性在于它的抗老化能力，添加何种材料，何种配合比以及隔震层的合理的设计方法均是之后需要关注的。

2.4 其他隔震

目前，叠层橡胶隔震技术和摩擦摆隔震技术以其良好的耗能能力和自复位能力主要应用在一些重大工程中，但对于村镇建筑此类隔震技术的研究较少，改善此类隔震技术的构造措施与施工工艺，降低成本，让其在我国村镇建筑上推广和应用也能成为可行。谭平等[11]提出一种新型工程塑料板橡胶隔震支座，该支座改变普通橡胶支座中的钢板的应用，采用不饱和聚酯纤维加强复合材料板替代，因其具有重量轻、成本低、运输和施工方便等优点，适用于农村低层建筑。并对该支座进行了相关力学性能试验。李晓东等[12]设计了一种玄武岩纤维混凝土摩擦摆隔震支座。并对其进行拟静力试验，研究了该新型支座在相同的竖向荷载作用，两种摩擦在不同频率下的滞回性能，得到了新型支座的基本力学性能，通过利用SAP2000有限元分析软件对采用该新型支座隔震结构的动力时程进行了分析，比较了新型支座与传统钢摩擦摆支座的滞回性能、施工方式和经济性。从而发现该新型隔震支座的滞回性能要低于传统的摩擦摆支座，隔震效果较好，显著且易成型，造价低廉，便于施工。

其他隔震因其良好的耗能能力和自复位能力之后会越来越多地应用到村镇建筑当中，成本低、性能优良的材料将是之后研究的重点。

3 结语

随着人们认识的加深和社会的发展，村镇建筑隔震技术已取得了一定的成果。农村民居的抗震发展对我国的整体抗震发展至关重要，加强我国村镇建筑隔震技术的使用是今后发展的必然趋势。除了考虑造价因素，有些问题仍需要深入探索：

1)性能优良的低摩擦材料的研发。

2)改善大震之后建筑物滑移位移量大的复位问题，并考虑阻尼器的使用。

3)完善相关隔震技术的理论分析方法与试验研究，提高分析结果的准确性。

4)新型基础隔震技术的应用。