叠层橡胶垫隔震体系浅析

杨圣辉

摘要：减轻地震灾害损失，传统的方法是抗震设计，既针对建筑物的结构，通过合理的设计，保证“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。但这抗震结构属于“刚性”结构，其地震反应是放大的。1881年日本学者河合浩藏提出了隔震的概念，实现了减弱地震对建筑物的作用减弱的目标。

关键词：地震反应，结构隔振

所谓隔震是一种“柔性隔震”方法，在建筑物上部结构与基础之间用隔震耗能装置隔断，地震时隔震耗能系统消耗大部分地震能量并且承担建筑物的大部分位移，从而使建筑物上部结构在地震作用下“整体平动”。据统计，隔震结构的地震反应是抗震结构的1/4～1/12，大幅度的提高了结构的安全度。在隔震设计中叠层橡胶垫的应用较为广泛。

1 隔振结构的优缺点

与传统的抗震技术相比，隔振技术有其独特的优越性，但同时也存在不足之处。

（1）隔振结构能够有效的减轻建筑物的地震反应，使楼面振动平缓，理论计算结果隔振结构与抗震结构的加速度响应比在0.25-0.08之间[1]。

（2）在地震中，上部结构基本处于弹性工作状态。极大的提高了建筑结构的安全度，对人民的生命财产有了更大的保障。

（3）经济性方面，相对于抗震结构，对结构的要求较低。隔震设计中增加了隔震层，但同时构件的截面和配筋相对减少，使用面积有所增加;震后维修费用低。一定程度上降低了建筑物的造价。从国内已建隔震结构来看，7到9度区节省造价3—20%不等。

（4）设计方法相对落后，我国通过水平方向折减系数来减小结构的水平地震作用，再进行设计，对结构的布置、隔振层的布置及其支座反力、位移都有严格的要求。发达国家则采用能量谱进行设计[2]。

（5）我国有关隔震技术的规范编制相对落后。日本已建成50层的高层隔震建筑[3]。

（6）隔震设计的理论尚不完善。

2叠层橡胶垫隔震体系的性能

在众多隔震装置中叠层橡胶垫隔震体系应用最为广泛。大量的实验和研究表明，叠层橡胶垫隔震体系在性能方面有很大优势。

（1）竖向承载力大，能够满足结构的竖向承载力的要求。

（2）具有较稳定的弹性复位功能，能够实现地震中即时复位。

（3）耐久性好，能够抵抗低周疲劳，热空气老化等不利因素，其使用寿命在60-80年间。

（4）但叠层橡胶垫隔震体也存在很多问题，例如：叠层橡胶垫隔震结构的动力特性，随结构体系的类型不同和隔震器安装位置的不同而变化;叠层橡胶垫抗拉能力相对较弱，在高层建筑中的应用受到了一定的限制。

3 解决方案

针对叠层橡胶垫存在的问题，有学者提出了相应的解决方案[3]。

3.1 结构的平面布置

规范要求，隔震支座不宜出现零应力区，但目前高层建筑的高宽比一般较大，加入隔震层的结构对零应力区的控制难度较大。

（1）竖向抗侧力构件的平面布置对地震反应的影响较大，按规范要求竖向构件布置应均匀对称外，应考虑竖向构件的间距不宜过小。

（2）对于抗震墙结构，由于抗震墙倾覆力矩相对于框架柱较大，应考虑抗震墙布置于竖向荷载较大的部位。

（4）当需要在抗震墙下布置叠层橡胶垫是，宜采用直径较大的隔震支座，避免采用小直径支座时，消弱隔震层的水平变形能力。

（5）安全考虑，地震力输入时，应考虑斜向地震力的输入。

3.2 其他措施

（1）在条件允许的情况下，考虑使用高抗拉强度的叠层橡胶垫体系。

（2）可采用诸如，叠层橡胶支座和弹性滑移支座组合形式的混合隔震形式。

4 结论

（1）由于叠层橡胶垫隔震体系性能。竖向承载力大、即时弹性复位功能强、隔震效果明显、不均匀沉降不明显等性能优势，因此在设计中，对传统楼房的高度限值和安全距离等限制可适当放宽。

（2）采用叠层橡胶垫隔震体系结构，能够节省建筑物造价，大幅度提高安全度，并且能够减小在地震中破坏和其他设施设备的损失，震后易于维修。

（3）理论尚不完善。隔震技术的理论有待继续深入研究和加强，以便于规范的制定和对实际工程的指导。

（4）对隔震装置的研究应加强，以达到隔震效果好、经济性好、耐用性能强的要求。

参考文献

[1]ZHOU Fu-lin，TAN Ping，XIAN Qiao-ling，HUANG Xiang-yun，YANG Zhen.Research and Application of Seimic lsolation System for Building Structures[J].Journal of Architecture and Civil Engineering，2006.

[2]趙亚敏，苏经宇，张玉敏。国内外建筑隔震设计标准比较分析[J].2006

[3]程华群，刘伟庆，王曙光。地震工程与工程振动[J]。2007