建筑结构隔震技术探究

2020-08-18于定学

建材与装饰 2020年23期

于定学

（云南城市建设工程咨询有限公司，云南昆明 650102）

建筑结构隔震技术具有较好的经济性、良好的耐久性、完善建筑功能、地震后的复位性。在工程建设中，强化应用隔震技术，对提升建筑工程质量具有积极意义。在地质活动比较活跃的地区使用建筑结构隔震技术是最为理想的选择，同时能有效降低人民财产损失及生命伤亡，起到最大的减震作用。

1 建筑结构的隔震技术发展

1.1 国外建筑结构隔震技术发展分析

早在20 世纪的中期阶段，建筑结构的隔震技术便获得突飞猛进的发展。美国、日本等科技水平发展水平较高的国家已经深入的对建筑结构隔震技术展开了详细的研究。除此之外，对于其理论成果和实践成果的研究，也更是效果显著。时间推移到70年代，新西兰的著名研究学者便首先完成铅芯叠层橡胶支座的开发，其开发结果对整个建筑结构隔震技术朝向实践化方向发展做出极大的推动。之后在1984 年的美国和1985 年的日本，也首次完成隔震建筑建设。在20 世纪末期，在全世界范围内的至少30 个国家和地区纷纷投入力量对建筑结构隔震技术深入探究，相继在日本，法国，美国，新西兰和意大利等多个国家兴建了超过数百座的隔震建筑物。其中由于日本属于地震多发国家，对于其研究的力度和深度最为广泛，技术发展的速度也相对较快。特别是在1995 年的阪神大地震当中，日本选择使用橡胶支座隔震建设完成的建筑，所以经受住了阪神大地震的考验。建筑结构在施工建设时，通过使用隔震技术能够使其具备良好的性能，其建筑隔震技术也获得了政府部门的大力推广。如今，在很多国家当中，建设完成的医院、办公楼等建筑均纷纷投入使用了隔震技术。建筑结构施工建设时所使用的隔震技术已经逐渐的在住宅建筑领域当中进行使用。同样，日本拥有最多的隔震建筑，也是对隔震技术应用最为广泛的国度，接近9000 栋的建筑物在建筑结构设计与实施时应用了隔震技术。通过相关资料可知，在日本最高的隔震建筑，其高度已经达到了177m。在使用隔震技术时，所选择使用的隔振装置也大多使用的是夹层橡胶隔震垫。在早期阶段所使用的隔振系统，大多数是有机结合了铅芯橡胶支座或者是天然橡胶支座加阻尼器实现其性能。在最近这些年，建设隔震建筑时普遍将重点放在高阻尼天然橡胶支座方面。在2011年3 月时，日本发生一次9.0 级大地震。由于使用高阻尼天然橡胶支座而使得日本在本次地震当中，房屋建筑以及室内仪器设备几乎没有受到任何损坏。由此可见，合理地应用高阻尼天然橡胶支座，可以保证建筑结构表现出良好的抗震性能。

1.2 国内建筑结构的隔震技术研究进展

在1980 年的后期阶段，我国的研究人员也逐渐开始注重橡胶支座隔震技术的研究。由于受到国家自然科学基金会的支持，以中国建筑科学院为首的技术人员带头深入开始探究橡胶隔震支座的开发与设计，以及在应用的过程中所面临的各种问题，从而提出了橡胶支座隔震建筑的成套技术。早在1993 年的时候，我国的周福霖院士便最早的将隔震建筑的设计理念进行应用。在1994 年时，联合国工业发展组织权威专家将周福霖院士所设计完成的隔震居民楼称为世界建筑隔震技术发展的第三个里程碑。步入新世纪，在新世纪初期，我国编订的《建筑抗震设计规范》中首次将建筑隔震与消能减震的技术列入其中，由此而充分的表现了在我国的隔震消能技术已经发展到相对成熟的阶段。在2008 年经历了一次汶川地震以后，我国又重新的将防震减灾法进行修订，在修订完成的防震减灾法当中，新增加了一条条例，国家鼓励支持对符合抗震设计要求的新型技术、新型工艺以及新型材料进行研发和推广使用。之后在2010 年，我国全新修订的《建筑抗震设计规范》当中，又相对较大的对隔震技术使用的范畴进行了调整。将设计的减震隔震建筑工程环节所制定的各种限制予以取消，使得建筑工程施工建设时面临着更加便利的施工条件和更加良好的施工环境，对加快发展隔震建筑具有积极意义。在2014 年2 月的时候，我国住房和城乡建设部门又相继的针对于建筑结构的隔震技术发布全新文件，进一步为推广该技术提供支持。在经过最近这些年的环境转变影响中，隔震技术的相关标准和规范已经逐渐趋向于完善，加大对建筑隔震技术应用的支持，也为改善建筑行业施工环境提供强有力的保证。

我国云南省位于喜马拉雅火山地震带上，该地区多山多地震，引起政府的格外重视。隔震建筑由于研究和推广时间较早，开发完成了性能较高的橡胶隔震支座，加快培养了具有高新技术水平的设计人员和技术力量，使得如今云南取得相对成熟的成果。所以在云南地区所研究的隔震技术以及其应用的效果，已经走在全国的前列，也是目前在我国应用隔震技术建设建筑结构范围最广的地区之一。截至目前，建设而成的隔震建筑物已经超过2000 栋，其中还包含有全球最大的隔震建筑和最高的隔震建筑群等一系列具有标志性的建筑物。其次是四川、新疆、陕西、甘肃等地区建成隔震建筑100 多栋，河北、江苏、北京、天津、山西、山东超过50 栋，其他省市应用相对较少。

2 建筑结构的隔震技术发展方向

从宏观的角度而言，我国在研究和应用建筑结构隔震技术时，水平还相对较低。我国设计具有隔震能力的建筑结构、开发相关的产品、强化施工技术的应用，相比较于国外科技水平发展程度较高的国家而言，仍旧存在着很大的差距，如今隔震技术仍旧处于发展的成长期。在未来，我国建筑工程中所使用的隔震技术无论是理论体系还是产品开发以及施工技术的精细化应用，都面临着广阔的发展空间。想要加快提高我国在建筑结构领域当中应用隔震技术的水平和效果，那么便应该注重对隔震技术研究的多样化和精细化，使其逐渐朝向实用化方向发展。在建筑结构工程建设当中，应用和发展隔震技术主要是围绕以下几个方面展开：①使得具有单一性的隔震元件逐渐朝向具有多功能化的隔震体系发展，将原有的单一水平隔震转变到三维隔震。立足于目前应用的基础隔震，使其朝向层间隔震方向发展；②逐渐开发性能较高、稳定性较高的隔震产品。加快推动在大型公共建筑以及高层公共建筑当中的橡胶支座应用，包括有高阻尼橡胶隔震支座直径、橡胶隔震支座以及滑板支座等。将设备新材料灵活的运用在隔震设备制作当中；③在应用隔震技术领域，逐渐从多层建筑结构的隔震技术应用朝向高层和大跨建筑工程结构的隔震技术发展。转变单一建筑隔震，使其朝向整体性隔震领域发展，使隔震技术不仅仅在加固和改造建筑物抗震性能领域进行使用，也注重提升隔震技术的发展前景，使其更加便利的为建筑结构设计与建设提供支持。另外还需要将其运用在农村居民的结构中，减少地震灾害所带来的消极影响。

3 建筑结构隔震技术特点分析

3.1 隔震技术使用装置的特点

隔震技术可以简单的将其理解为一种能量的输入，是通过利用建筑结构的上层和下层之间所设置的隔震层来将地震所产生的能量对于建筑物所形成的影响进行消减。在最近这些年，科学技术的发展使得人们对于隔震装置的研究力度和深度不断加大，开发和研制的隔震装置种类也逐渐趋多。根据隔震装置使用的原理差异可以将其划分为两大类：①滑动支撑隔震装置；②弹性支撑隔震装置。弹性支撑类的隔震装置主要是通过使用铅芯橡胶隔震支座、高阻尼橡胶隔震支座以及夹层橡胶隔震支座实现其隔震性能。在一般情况下，所选择使用的橡胶大多为柔性材料[1]。当地震发生时，橡胶将会出现大水平的形变现象，阻止具有能量的地震波朝向上层建筑结构进行传递，减少上层建筑结构所受到地震时的影响，将滑动界面安装在滑动支撑类隔震装置的内部。倘若由于地震所造成的惯性力变大，甚至超出最大静摩擦力的时候。那么上层建筑结构便可以在隔震装置的影响之下而出现滑动，这样便可以有效地规避地震所传输的能量影响到上部结构。其中最为常见的有滚动隔震装置、水平摩擦滑动隔震支座以及摩擦摆隔震支座。

图1 隔震装置安装效果

任何关于建筑结构工程建设的技术在提出与推广的时候，均需要经历研究、实验、试点等过程。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。橡胶隔震支座历经了接近50 年的研究与发展，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[2]。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[3]。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，削弱车辆引起的振动和温度变形[4]。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。

3.2 橡胶支座隔震系统的特点

建筑隔震技术是最近40 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。

图2 橡胶支座隔震系统的特点

4 监理单位控制要点

4.1 项目监理部预控工作要求

（1）组织图纸会审与实施交底。

（2）项目监理部审查施工单位的质量保证体系。

（3）项目监理部审查施工单位隔震支座专项方案的报审。

（4）项目监理部审查检测机构资质。

（5）项目监理部审查测量仪器的报审。

（6）项目监理部审查报审资料的重点、难点。

（7）组织图纸会审与实施交底的重点、难点。

（8）建筑隔震工程的图纸会审要注意下列内容：

①详细检查各处隔离缝的缝宽，是否满足设计图纸规定。

②隔震支座上下支墩截面尺寸是否满足支座安装的规定。

③支座预埋件与上下支墩中钢筋位置是否发生冲突。

实施交底前应编制隔震专项施工组织设计或施工技术方案，隔震专项施工技术交底时应注意设计单位对建筑隔震的功能与特点、设计意图与要求，特别是隔震工程施工过程中，隔震层与上部结构和下部结构的工序搭接、支座安装、穿越隔震层的管线安装中应注意的事项等的说明[5]。

4.2 项目监理部审查检测机构资质的重点、难点

监理工程师应按照《建设监理规范》的要求对隔震支座检测的实验室进行审查，除了一般性的审查外，还应重点审查资质等级和试验范围是否含有橡胶隔震支座检测资质。施工单位自检、报验支座和阻尼器产品进场应提供下列质量证明文件：原材料检测报告、连接件检测报告、产品合格证、出场检验报告、型式检验报告、其他必要证明文件、现场实物检查。应对建筑隔震工程的支座、阻尼器及其连接件等进行进场验收，可按规范附录B记录[6]。

支座：规格型号；进场数量；生产厂家（合格证号）；检验项目（外观、尺寸偏差、力学性能）。

注：力学性能包含：压缩性能、剪切性能、水平极限变形能能力。尺寸偏差检查包括平面尺寸、支座高度等内容（质量证明文件查验和对外观质量及尺寸偏差的抽检）。

连接板：规格型号；进场数量；生产厂家（合格证号）；检验项目（平面尺寸偏差、厚度偏差、螺栓孔位置偏差、地脚螺栓长度尺寸偏差、平整度偏差）。

阻尼器：规格型号；进场数量；生产厂家（合格证号）；检验项目（外观、尺寸偏差、高强螺栓、力学性能）。