建筑工程叠层橡胶隔震支座技术的研究

田剑波

【摘要】地震依然是目前世界上能够造成大量伤亡的地质灾害，建筑如何防震一直是建筑研究的一个重要方向。大量的案例证实，采用隔震橡胶支座设计的建筑物一方面能够提升建筑物结构的可靠性，尽量避免建筑非结构的毁损，从而降低由于室内装修物体以及各类设备的破坏而导致的次生灾害，另一方面这种技术在设计和施工上均较为方便、能够起到明显的隔震效果。

【关键詞】叠层橡胶支座 隔震 建筑震害

随着建筑技术的发展，如何能够使建筑尽量在地震中遭受最小破坏，尽量降低人员伤亡和财产损失，是建筑研究的一个重要方向。地震目前依旧是难以预测和完全避免的自然灾害，近年来发生在世界各地的震级较高的地震，均被记载导致了大批人员的伤亡，造成很多建筑破坏毁损。如何能够使建筑物在地震发生时尽量起到隔震的效果，是一个亟待解决的问题。特别是在多震地区，地震灾害频繁发生，一些公益性建筑采取减震技术设计已经成为一个普遍抗震减灾的可行措施。目前在建筑界已经出现了不少相关的技术，其中尤以叠层橡胶支座的隔震技术应用最为广泛。这种技术能够在建筑的上部和下部间通过增加合理的隔震层，来达到缓释强震巨大能量传导，进而降低建筑物对地震的反应，尽可能避免建筑物在地震中遭受破坏，目前这项技术已经在不少国家取得了越来越多的研究成果。

叠层橡胶隔震支座的技术原理，是为建筑物配置合理的橡胶支座，从而让建筑物在遭受地震的时候能够减少自振的频率，从而降低建筑物上部由于地震而导致的可能的破坏。叠层橡胶隔震支座隔震技术的核心装置便是橡胶支座，可以仅安装配置橡胶支座，也可以和阻尼器一起配合，从而使建筑物拥有一个隔震层。叠层橡胶隔震支座在竖直的方向具有很大的承载力，而在水平的方向则刚度不大，所以在水平侧能够允许较大幅度的位移量。这个特点使其一方面能够尽可能缓解震害在水平方向的破坏，另一方面还可以承受垂直方向的地震破坏，属于当前很多发达国家均使用的一种有效的隔震模式。

一般情况下，叠层支座是通过钢板和橡胶板以交替的方式构成，在高温高压环境下压制而成。结合制作材料的不同，可以有三种类别，包括天然橡胶叠层隔震支座、铅芯叠层隔震支座、以及高阻尼叠层隔震支座。而第一种支座由于缺乏耗能的单元，必须和阻尼器一起安装，从而拥有必要的弹塑性，起到隔震的效果。而第二种和第三种则由于已经具备足够的耗能性质，因此可以不必与阻尼器一起使用，可以直接安装在建筑物。

叠层橡胶支座与其他的防震措施相比，有不少先进性：首先是这种结构能够在竖直方向拥有较好的承载刚度，在受力压缩的情况下不易明显变形，十分便于将建筑体支撑起来，从而保证建筑的可靠性；其次是在水平方向上，叠层橡胶支座十分便于承受水平的变形，当发生剪切变形的情况下甚至能够完全不被毁损，可以显著降低配置了此种结构的建筑在地震中受到的破坏度，尤其是降低建筑物上部在地震中的水平方向位移；第三是叠层橡胶支座在变形复位方面拥有高弹性，当地震发生之后能够迅速让其所承载的建筑物恢复原来的位置；第四是叠层橡胶支座的使用寿命较长，不易老化，在建筑物的生命周期中不必更换；第五是叠层橡胶支座在结构方面并不复杂、施工起来较为方便，也能够保证施工的质量达标。

而在工程的成本造价方面，当建筑物使用了叠层橡胶支座隔震模式，如前文所述，建筑物上部的抗震性显著增强，因此在构造方面的标准可以适当降低，建筑截面的配筋使用量可以降低，为控制建筑上部造价起到了关键作用；并且，结合我国对于建筑物抗震设计的国家标准：在建筑抗震方面的地基抗震验算依旧是基于本地区烈度的。所以在一些地震频发的地区，进行抗震验算并将其作为建筑物设计必须遵循的标准时，能够显著降低建筑造价。由于采用叠层橡胶隔震技术而新增的成本包括：首先是建筑必须设置隔震检修层，所以在施工时会导致土方工程的上升，由此而产生更多的成本；其次是如果建筑隔震层设计了地下室，结合抗震国家标准，应该对所有的地下室进行抗震验算，而在验算时还应结合发生地震的各类情况来计算，所以会导致相关成本的上升；建筑在设计阶段时，由于为了尽可能减少地震破坏，而在设计方案中体现出的保守性，同样能够使工程项目的成本上升。但是即便如此，综合起来看，以我国目前的建筑施工水平和建筑材料造价标准，传统的隔震设计和叠层橡胶支座的隔震结构相比较，后者更为经济。

从现实使用的情况来看，不少的工程实践案例均能够证明，基于叠层橡胶支座的建筑物能够在地震发生时充分发挥其竖向承载的优势，能够有效而稳定地支撑建筑结构，避免地震的破坏。以我国当前的类似结构建筑工程来说，大部分使用的叠层橡胶支座均产自国内，其实际承载力一般能够超过千吨级别，而一些性能更优异的产品承载力目前甚至已经超过了万吨级别。叠层橡胶支座在构造上并不复杂，也能够灵活地配置在建筑物不同高度，如果建筑物存在地基不均匀沉降的情况，叠层橡胶支座不会受到较大的影响；无论是在刚度的指标上还是在阻尼指标上表现均十分稳定。在对这种结构进行仿真分析时，其仿真结果和实地测量值十分接近，因此在建筑设计阶段便能够通过合理的运算分析而得到建筑完工时的抗震性能。叠层橡胶支座还拥有较为良好的弹性复位特性，因此在发生地震时可以自动从移位状态中回复正常；尤其是叠层橡胶支座拥有其他结构难以比拟的水平刚度可变性。如果所在地区发生台风或者小型的地震，则叠层橡胶支座一开始呈现出比较大的刚度，能够显著减少建筑物的结构位移。而在发生中级地震甚至强震的情况下，叠层橡胶支座的水平刚度迅速减少，其阻尼值依旧维持原值，从而起到隔震的作用。而如果叠层橡胶支座在水平方面出现了较大的位移，此时恰好水平刚度增强，能够有效抑制叠层橡胶支座平侧，保护建筑安全。实践能够证明，这种隔震技术最适合的使用范围是6度至9度地震的建筑物，可以显著降低建筑在地震中受到的破坏，当地面发生震动的时候，建筑物的上部依旧可以保持弹性的状态，从而使建筑物受到的震害降至最低限度，最大程度地确保建筑物本身的安全以及人身安全。

参考文献：

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[2]占三萍.叠层橡胶支座隔震建筑工程结构分析与设计[J].四川建材，2015，（03）.