浅论建筑设计中的隔震技术

隔震，系从以柔克刚的概念出发，通过将结构置于隔震层之上或用隔震支座将结构隔开，调整结构动力特性使结构地震中状态由剧烈振动变成缓慢平动，有效减小地震反应，从而达到保护结构及结构内部设备、仪器和装修等的目的。而隔震结构工作原理其实很容易理解，假设我们把建筑悬空不与地面接触，地震来临时则建筑不会受到任何破坏，就完全隔离了地震作用，但建筑在地球的引力作用下又不可能悬空，我们就得想办法解决或者协调这个矛盾-在建筑基础与上部之间设置隔离地震的装置来解决这个问题。

为了达到隔震的效果，通常基础隔震需具备下述4中特性：1具有足够的竖向刚度和强度宜支撑上部结构重量的承载特性；2具有足够的水平初始刚度，在凤载和小震作用下，体系能够保证在弹性范围内，满足正常使用的要求，而中强地震时，其水平刚度小，结构为柔性隔震结构体系的隔震特性；3地震后上部结构能恢复到初始状态满足正常使用要求的复位特性；4隔震系统本身具有较大的阻尼，地震时能够耗散足够的能量，从而降低上部结构所吸收的地震能量的耗能特性。

隔震体系能够通过延长结构的自振周期来减少结构的水平地震作用，已被强震记录所证实。国内外大量实验和工程经验表明：隔震一般可使结构的水平地震加速度反应降低60%左右，从而消除或有效地减轻结构和非结构的地震损坏，提高建筑物及其内部设施和人员的地震安全性，增加震后建筑物继续使用的功能。建筑结构采用隔震设计时，应符合下列各项要求：

1.结构高宽比宜小于4，切不大于相关规范规程对非隔震结构的具体规定，其变性特征宜接近剪切型，最大高度应满足规范对非隔震结构的要求；高宽比大于4或给隔震结构相关规定的结构采用隔震设计时，应进行专门研究。

2.建筑场地宜为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，并应选用稳定性较好的基础类型。

3.风荷载和其它非地震作用的水平荷载标准值不宜超过结构总重力的10%。 4.隔震层应提供必要的竖向承载力、侧向刚度和阻尼，穿过隔震层的设备配管、配线，应采用柔性连接或其他有效措施以适应隔震层的罕遇地震水平位移。

上部结构的变形验算应按下列要求进行：

1.对框架、抗震墙及框架-抗震墙结构应进行多与地震和罕遇地震作用下的层间位移验算，砌体房屋可不进行层间位移验算。

2.在多遇地震下，层间弹性位移角限值可按现行国家标准《建筑抗震设计规范》的规定执行。

3.在罕遇地震下，上部结构的层间弹性位移角限值可按现行国家标准《建筑抗震设计规范》规定值的1/2采用。

经过学习，将隔震基础结构概念设计主要需要考虑的方面小结如下： 1.隔震系统的选择。对于常见的隔震系统，由于其隔震层里与位移滞回关系有很大差异，因而隔震系统的动力性态有很大不同，此外在风荷载等非地震水平作用较大地区，尚应注意各隔震系统不同的抵抗初始水平作用的能力。因此隔震结构设计应在充分认识各隔震系统地震反应性态的基础上，综合考虑工程的实际条件和要求，对隔震系统类型进行合理选择。

2.隔震层位置的设置，宜设至在结构第一层以下的部位，如基础顶面或地下室顶面。当隔震层设置在其它部位时，应进行详细的分析并采取可靠的措施。

3.建筑场地和地基的选择。硬土场地较适合隔震房屋；软弱场地滤掉了地震波的中高频分量，但对低频分量有放大效应。延长隔震结构的周期将使隔震层位移过大，我国大部分地区（第一组）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地的设计特征周期均较小，故除Ⅳ类场地外都是用于橡胶垫基础隔震系统。地基不均匀沉降会导致各隔震支座承担上部重量的重新分布，造成部分支座实际承载超过设计值，对结构的稳定性造成威胁。因此，隔震结构应有良好的地基。

4.房屋体型的要求，包括对建筑的高度、层数、高宽比、平面及立面规则性和结构两方向基本周期等方面的要求。橡胶垫基础隔震技术对多层结构比较合适，不隔震时，基本周期小于1.0s的建筑结构隔震效果最佳。但随着技术的进步，国外近来隔震建筑高度均较高，层数也较多，目前已有超过100m的隔震建筑。基础隔震支座一般抗拉性能较差。当房屋高宽比较大时，应进行房屋罕遇地震作用下的抗倾覆验算，防止支座压屈或出现拉应力，保证房屋在罕遇地震作用下的整体稳定。

5.隔震层的整体性要求。为了保证隔震层能够整体协调工作，隔震层顶部应设置平面内刚度足够大的梁板系统，如采用现浇钢筋混凝土楼盖。当采用装配式

钢筋混凝土楼盖时，支座上方纵横梁系统应为现浇，并加大梁的截面尺寸和配筋。隔震支座附近的梁柱应加密箍筋，必要时配置网状配筋。

6.隔震支座的布置。隔震层隔震支座的布置应使隔震层刚度中心与上部结构的质量中心重合，减少系统的扭转效应；选用多种规格的隔震支座时，应注意充分发挥每个支座的承载能力和水平变形能力；设置在隔震层的抗风装置宜对称、分散的布置在建筑物的周围。

7.隔震基础结构设计的要求；a隔震层位置的确定。b 隔震垫的数量规格和布置。 c 隔震支座平均压应力验算。 d 隔震层在罕遇地震下的承载力和变形控制。 e 上部结构的水平向减震系数。 f 上部结构与隔震层的连接构造。我国现行《建筑抗震设计规范》对橡胶垫基础隔震结构设计提出了分布设计法和水平向减震系数的概念，使设计人员可以采用抗震设计方法进行基础隔震结构设计，分布设计法是将整个隔震结构系统分为上部结构、隔震层、隔震层以下结构和基础等四部分，分别进行设计。

8.水平向减震系数的概念和取值。该系数描述了隔震建筑的地震作用较不隔震建筑的地震作用降低的程度，其可用设防烈度下结构隔震时第i层层间剪力除以设防烈度下结构不隔震时第i层层间剪力的最大值再除以0.7计算得来。水平向减震系数的取值不宜低于0.25，且隔震后的总水平地震作用不得低于非隔震结构在6度设防时的总水品地震作用。

9.基础隔震结构地震作用计算，可采用等效侧力法和时程分析法。对于砌体结构或者与砌体结构基本周期相当的结构，体型基本规则，场地条件较好，相应隔震的地震反应计算可以用等效侧力法（结構设计地震反应谱、隔震结构总水平地震作用、隔震层上部结构地震作用、隔震层水平位移）。根据现行《建筑抗震设计规范》确定基础隔震结构的水平向减震系数，宜采用时程分析所得层间剪力。

10.隔震层的设计。a 隔震层的布置。b 隔震层受压承载力验算。 c 隔震支座位移验算。 d 隔震支座弹性恢复力和抗风装置验算。 e 隔震结构抗倾覆验算。 f 构造措施。

以上即为隔震设计主要内容，其中部分内容是在设计过程中由支座厂家完成，如隔震层的设计、隔震基础结构设计、隔震支座的布置等，其余部分须由设计院在厂家配合的情况下完成。