浅谈建筑物减震、隔震研究的现状及展望

张俊强　刘志超

摘 要：本文介绍了减震、隔震的方法及其在我国建筑领域的应用情况。指出了隔震和耗能减震亟待解决的问题

关键词：建筑物；隔震；现状和展望

0 引言

各种震动源，如爆炸、打桩、结构物倒塌与地面撞击、地震等都会引起震动源附近结构物的振动，当振动超过一定程度，会引起结构物开裂，地基沉降等，严重的会导致结构物的破坏，随着人们生活水平的提高对居住环境的要求也更加严格，因此控制地震动的大小是工程施工及设计部门的一大难题。

目前解决地震动问题的方法主要有以下两种，第一种是减少震动源的强度，这是主动防护方法；对工程爆破，在不能减少一次爆破装药量的前提下，采用分段延时爆破技术可有效地减弱地震动，对桩基施工问题，采用静压或钻孔的施工方法来代替锤击或振动沉管的施工方法，这样可有效地控制地震动对结构物的破坏，当减少震动源强度方法仍无法满足附近结构物的振动控制要求或震动源不受人为控制时，常采用第二类方法，即被动防护的方法；其中最常用的主要有设置隔震沟等方法来减弱地震动的大小。

1 结构体系地震反应控制方法

地震发生时，地面的地震反应引起结构物的地震反应。基础固结于地面的建筑物，如同一个地面地震反应的“放大器”，结构物的地震反应沿纵向从下到上逐级放大，如果结构物某部分的地震反应过大，可使建筑饰面、装修等非结构构件毁坏室内昂贵仪器或设备遭受破坏，甚至使主体承重结构严重破坏或倒塌，为免上述震害，人们必须对结构体系的地震反应进行控制。目前采用的主要方法有：

刚性结构体系。它能大大增加结构物的刚度，使结构的地震反应接近地面地震反应。这种结构体系较难实现，也很不经济。

柔性结构体系。它能大大降低结构物的刚度，使结构的地震加速度反应减少，地震作用减少。但这种体系位移过大，使建筑装饰等破坏严重，并且在风荷载或轻微地震作用下刚度不足，影响正常使用，因此在很多情况下这种体系是不现实的。

延性结构体系。它能适当控制结构物的刚度，使结构构件在地震作用时进入非弹性状态，且具有较大的延性，以消耗地震能量，减轻地震反应， 使结构物裂而不倒，这也是目前世界各国普遍采用的抗震方法。这种方法在很多情况下是有效的，但也存在前述的局限性。

柔性底层结构体系。它能保证结构上部的刚度，减小结构底层的刚度，使结构底层在地震时进入非弹性状态。震害表明，这种体系虽能减少上部结构的地震反应，但底层柱列变形过大，破坏严重，甚至倒塌。

随着社会的发展，对建筑物抗震设计的安全性和适用性提出了更为严格的要求，特别是工业向高精度技术发展，采用上述那些传统的抗震设计方法有时不能适应工程的实际需要，这样，隔震体系、耗能减震体系及其它结构控制体系就应运而生了。

2 目前常用隔震方法介绍

2.1 设置隔震沟

工程上常用的隔震沟有两种即硬沟和软沟。硬沟方法是在要防护方向设置一排桩来减弱地震动，但此方法造价高，故工程上使用较少；软沟是指在主要防护方向上挖掘一条地沟或人为制造的破碎带，用来减弱地震动，此方法简便易行且造价较低，但缺点是开挖时会人为造成边坡失稳及附近土介质沉陷的问题，因此沟深不会太大，从而会影响减震效率。

2.2 设置橡胶垫隔震装置

橡胶垫隔震装置包括天然橡胶垫，标准多层橡胶垫，内包阻尼体橡胶隔震垫，铅芯橡胶隔震垫等。橡胶垫隔震技术已比较成熟，性能可靠、稳定。橡胶垫隔震技术既适于新建结构，也适于原有结构物的抗震加固及震后修复； 既适于一般民用房屋，也适用于构筑物、桥梁、铁路及 地铁等土木工程； 既适于砌体结构，也适于框架结构； 既适于多层建筑，也适于中高层建筑（≤20 层）。此外还可用于加层及移位建筑中。

2.3 滑移隔震

在房屋基础底面处设置钢摩擦滑板、石墨、砂料、涂层垫层及聚四氟乙烯（PTFE）等材料形成滑移层，使建筑物遭遇地震时，通过该处不连续介面的滑移错动，部分地切断地震波的传播，限制上部结构的地震反应。滑移隔震技术具有简单易行、造价低廉、性能稳定、隔震效果受地面运动频率特征影响较小和几乎不会出现共振现象等优点，是一种经济实用的隔震体系，特别适用于多层砌体结构，因而在我国有广阔的发展前景。

2.4 滚动隔震

用高强合金制成的滚珠（滚轴）涂以防锈或润滑层后置于上部结构与基础之间，地震作用下，通过滚珠及滚轴滚动而达到隔震的目的。滚动隔震主要有双向滚轴加复位消能装置、滚球加复位消能装置、滚球带凹形复位板、碟形和圆锥形支座等几种形式。研究表明，设计合理的滚动支座具有良好的稳定性、限位复位功能和显著的隔震效果。

3 隔震和减震亟待解决的问题

隔震和耗能减震都属被动控制系统，不需外部能源，一般只对某种设定的地震动特性进行控制，缺乏跟踪和调节能力。目前对于隔震及减震亟待解决的问题有：

隔震沟用于地震动的被动防护在工程中有许多问题需要研究解决，如沟的宽度对隔震效率的影响，沟的深度与隔震效率之间的关系，沟的平面形状对隔震效率的影响等等，所有这些问题研究可以通过用理论研究与现场试验方法进行，但现场试验方法介质情况单一，试验过程控制困难，因此探讨有效的理论研究方法将会成为隔震沟隔震机理研究的热点。

隔震装置、耗能减震装置的研究与开发： 一方面要对现有的隔震、耗能减震装置进行进一步研究，消除其局限性，扩大其适用范围；另一方面要研究开发新的、有效的、经济效益好的隔震、减震装置

智能材料，如形状记忆合金（SMA）在结构减震中的应用基础研究；智能化结构抗震体系的研究。

隔震、减震装置耐久性安装、维修与更换的研究。

隔震、减震系统可靠性研究。

隔震、减震结构体系的算法、简化方法和设计方法（规程）的研究。

4 结语

对建筑物进行隔震、减震处理将会使得建筑结构体系变得更加有效、安全、适用、可靠，并且可以降低造价，它们在工程中有着广泛的应用前景。可以预言隔震、减震技术将成为21世纪建筑结构防震、减震的重要手段，必将为减轻不利震动对人类造成的危害作出贡献。

参考文献

[1] 张雪亮，黄树棠等著.爆破地震效应.地震出版社，1981.6

[2] 张延年.建筑抗震设计.北京：机械工业出版社，2011.6

[3] 崔京浩.基础隔震结构设计及施工指南.北京：中国水利水电出版社：知识产权出版社，2007

[4]梁兴文.结构抗震性能设计理论与方法.北京：科学出版社，2011.3