浅谈橡胶支座隔震技术在房屋建筑领域的应用

杨 桦, 罗 英, 李云飞

(中国水利水电第十工程局有限公司， 四川成都 610072)

地震是由于地壳运动，以波的形式传递到地面，是地面上原本静止的建筑物受地震波的作用而产生振动，而在结构中产生内力、变形和位移，结构因此会遭受破坏。地震作为一种突发性的自然现象，虽然说是不可避免，但随着社会的进步以及科技的发展，建筑抗震方案也越来越成熟，使得我们可以有效的降低地震带来的风险，从而保证人民生命安全和财产安全。

为了提高建筑物抗震性能，传统的结构设计方案为增加上部结构含钢量和结构尺寸，通过增大整体的刚性从而抵抗地震作用的破坏，而针对9度抗震设防地区而言，传统的设计方案明显不是一个明智的选择，随着近年来柔性隔震技术理论的提出及应用，在满足了的结构的使用性和安全性要求的同时，也为9度抗震设防地区这类特殊地区的结构设计提供了新的思路。

1 橡胶隔震技术原理

橡胶支座隔震技术是通过在建筑物基础与上部结构之间增设一层隔震转换层，转换层设置安装橡胶支座作为隔震耗能元件，将上部结构与基础分开，建筑物在设置安装隔震元件后，可以增加建筑物的变形能力和滞变阻尼；变形能力的增加可以使结构在遭受地震作用时吸收更多发的能量，从而使得建筑物能更好的在地震作用下维持不倒塌；而滞变阻尼的增大可以使结构在地震作用中耗散更多的能量，与此同时，结构变形能力的增大(刚度变小)，会导致振型的频率变小，周期变大，这与增大的阻尼一起结合，可以使地震影响系数变小，减少地震下的作用。除此之外，由于建筑物结构有了足够的变形能力和足够大的滞变阻尼，使得建筑物底部产生较为均匀的应力分布，这很好的利用了结构的材料性能，同时还避免一些常见的基础底部破坏发生的可能性(图1、图2)。

图1 隔震支座

图2 传统结构与抗震结构的比较

2 隔震结构的应用范围

隔震对建筑的结构型式和材料没有特别的要求，无论结构为钢筋混凝土框架结构、钢筋混凝土框架-剪力墙结构、钢筋混凝土板柱-剪力墙结构还是砌体结构等，都可以采用隔震设计，从隔震原理来说，隔震是将结构的周期延长，避开地震中的长周期部分，减小上部结构的损坏，因此从减震效果考虑，采用隔震措施的建筑最好满足以下条件：

(1)建筑物场地土具有足够的承载力，尽量建造在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地上。这样可以有效避开隔震后的结构周期，避免场地土与建筑之间发生共振。

(2)钢筋混凝土结构的房屋层数在10层左右，高度35m左右；砌体结构的房屋层数为7层左右，高度20m左右。结构高度和层数在此范围内，可保证结构在隔震前周期较短，隔震后减震效果较明显。

(3)钢筋混凝土结构和钢结构房屋的高宽比在2.5左右，砌体结构在2.0左右(高宽比宜不大于4)。过大的高宽比容易造成上部结构倾覆。

(4)隔震装置设置在基础与上部结构之间或在地下室柱顶。

(5)与相邻的建筑物之间最少有20cm的距离，以保证隔震建筑作用时有移动空间。

3 隔震结构的优势

3.1 安全可靠

建筑采用隔震设计时，不仅可以保证结构主体构件安全，同时也能保证内部设备功能完好，地震后能够正常运转。隔震结构受地震作用的影响仅为传统抗震结构的1/6～1/3，在很大程度上削弱了地震力作用，从而保证上部结构的安全，因此，采用隔震设计的建筑与传统结构建筑相比，无疑更加的安全可靠。

3.2 更经济

一般而言，隔震设计额外增加的隔震支座及转换层会增加造价，同时地下室梁柱的加强也会一定程度上增加造价，但由于增加了隔震技术，使得上部结构受地震力作用明显减小，在上部结构设计时可以适当减小构件尺寸及含钢量，使得上部结构的造价降低，综合计算，总造价会有一定程度的降低。具体分析如下。

3.2.1 减少部分

(1)由于上部结构地震作用的减小，上部结构构件截面及配筋可相应减小，结构型式及方案可进一步优化调整，甚至上部结构可由框架—剪力墙结构优化为框架结构，砌体结构也可增加层数或高度。与传统的抗震结构相比，上部结构钢筋混凝土工程造价一般可降低20 %左右。

(2)内外装饰连接及门窗框相应减少。

(3)电梯、机房等设备有一定程度优化改善。

3.2.2 增加部分

(1)隔震支座及阻尼器会额外增加费用，且该部分占用的总造价比例较高；一般而言，橡胶隔震支座的价格5万～10万元/个，若按建筑面积进行估算，当上部结构为钢筋混凝土框架结构时，橡胶支座的价格为50～100元/m2。

(2)与传统结构相比，增加的隔震转换层额外增加费用。

(3)隔震层对应的主楼地下室的梁、柱截面尺寸加强增大。

(4)穿过隔震层的管线等，为了考虑结构可能产生的变形和位移，必须进行柔性连接，因此增加一定的费用。

(5)因为需要增设隔震层，与传统结构设计相比，开挖深度相应加深，同时，挡土墙也会一定程度的加强，因此也增加额外的费用。

因此，在初步设计阶段，可由设计单位针对两种方案的造价进行对比，大致估算两种方案的差价，从而综合考虑是否采用隔震设计。当然，除上述情况外，还有其他因素会影响隔震工程的造价，例如：建筑所在地区的抗震设防等级、上部结构的设计型式、建筑高度及面积、隔震设备的选型及布置数量、施工单位的技术水平等。综合来看，建筑所在地区的抗震设防等级越高，采用隔震设计的经济效益越明显，9度抗震设防地区尤甚。同时，在达到隔震效果的前提下，建筑层数越多，隔震设计的经济效益越好。以整个项目为基础进行估算，采用隔震设计大约能节约造价1 %～4 %。

3.3 检修方便

传统抗震结构在遭受地震破坏时，检查会存在极大困难，并且很难进行修复加固，并且修复加固费用较高；而对于隔震结构设计，由于其隔震效果主要通过隔震支座实现，因此其抗震性能检测的主要对象是隔震支座，这比检测结构本身要快捷方便很多，抗震支座损坏后可进行更换，它能确保地震后的快速修复，对震后快速回复生产和生活具有十分重要的意义。

3.4 上部结构设计更自由

由于采用隔震技术，上部结构地震作用大大减小，因此，结构选型更自由灵活。上部结构钢筋含量、剪力墙、梁截面等均有不同程度减少，建筑使用面积也会有一定的增大。

5 结束语

建筑隔震技术作为一种新型的结构抗震理论，无疑具有独特的优势和良好的发展前景，特别是针对9度抗震设防地区而言，不仅能够降低造价，而且可以保证结构更加安全可靠，上部结构设计更加灵活自由。但也因为其发展的时间较短，使得国家、地方及行业的相关规范并不是十分完备，实力雄厚的厂家及经验丰富的专业施工队伍也相对较少，具有相应资质和实力的设计单位同样不多，一般都是由专业厂家配合设计单位完善隔震设计。因此，采用隔震设计，对于设计单位和施工单位无疑都是一种考验。但是，不能因为困难就放弃采用，隔震设计在9度抗震设防地区的优势是明显优于传统的抗震结构，其产生的经济效益及社会效益均相当可观，具有广泛推广实施的意义，同时，隔震结构设计也将会是9度抗震设防地区等特殊地区抗震设计的发展趋势。