建筑隔震与消能隔震技术

岳猛

（山西同隆路桥建筑工程有限公司 山西太原 030000）

前言

地震是一种危害极大的突发性自然灾害，每次大地震的发生，都会给人类带来巨大的生命和财产损失。地震在发生的时间、地点和强度等方面有很大的随机性，建筑的地震反应与结构的动力特性、场地和地震波的频谱特性等均有关系。地震的这些特点，导致人类虽然对地震进行长时间大量的研究，但迄今仍然不能对地震的发生做出准确的预报，对其仍然缺乏足够的了解。地震造成的人员伤亡和财产损失90%以上都是建筑物倒塌所致，因此世界各国都在致力于做好建筑的抗震减灾工作，致力于提高建筑的抗震设防水平和抗震能力，通过对大量震害经验总结，抗震理论和技术也在实践中不断发展和完善。

1 传统的建筑抗震技术

我国的建筑抗震技术是在学习国内外先进的抗震经验，特别是在总结唐山地震、汶川地震、玉树地震震害经验的基础上发展起来的。我国将建筑的抗震设防目标具体化为“小震不坏、中震可修、大震不倒”，为达到这一目标，结构构件必须有足够的承载力来抵抗地震力。这种设计思想要求建筑的“身体”要足够硬朗，能抗得住地震力。地震作用不同于其它荷载作用的特点是地震是一种地面运动，地震加速度随着建筑物由底向上逐渐放大，建筑越高地震反应越大、震害越严重。地震力是一种惯性力，与建筑质量成正比，在加大构件截面尺寸提高抗侧力承载力的同时地震反应也会增大，这就陷入一种恶性循环中，我们应在经济和安全之间找到一个平衡点。我国现行的建筑抗震设防标准在很大程度上是由人的主观经验判断来确定的，受到社会经济发展水平的制约。

2 建筑隔震技术

2.1 建筑隔震技术的原理

建筑隔震技术是指在建筑物的基础和上部结构之间设置隔震元件，使基础和上部结构断开，阻断地震能量向上部结构传递，达到隔震抗震的目的。

式中：T为结构自振周期；m为结构等效质量；k为刚度系数。

式中：α为地震影响系数；Tg为特征周期；T为结构自振周期；γ为衰减指数；η为阻尼调整系数；αmax为地震影响系数最大值。

经过人们的不断探索，建筑隔震技术已经系统化、实用化，它包括摩擦隔震系统、摩擦摆系统、隔震系统、隔震橡胶支座系统等。在诸多隔震系统中，隔震橡胶支座系统是世界研究和应用的主流。该隔震系统由一层层钢板和橡胶经硫化粘合而成，在地震时能产生较大的位移，减小结构的刚度，延长结构的自振周期，降低结构的水平地震影响系数，一般可将结构的水平地震反应降低60%左右，能有效减轻建筑地震损伤。

2.2 建筑隔震技术的优点

隔震技术被美国地震专家称之为“40年来世界地震工程最重要的成果之一，基础隔震技术的使用使建筑在地震中不倒塌真正成为可能，使其成为减轻地震灾害最有效的手段之一。”从“抗”到“隔”，虽然只是一字之差，却是人类抗震技术一次重大飞跃，对地震由被动防御变为主动防御。由于隔震层的“隔震”作用，上部结构的地震反应以第一振型为主，近似平动，地震作用可以减小到1/4～1/8，大大提高了建筑的抗震安全性，降低了抵抗地震力所用材料，使建筑物的上部结构设计更加灵活。

目前正在建设中的北京新机场航站楼，采用了先进的组合隔震技术，共设置1232个橡胶隔震支座和弹性滑板支座，大幅度提高航站楼的抗震性能。

3 建筑消能减震技术

3.1 建筑消能减震技术的原理

建筑消能减震技术是指把建筑物的某些部位设置消能器，通过消能器的相对变形或相对加速度提供附加阻尼，来消耗输入建筑物的地震能量，达到减震抗震的目的。耗能器（又称阻尼器）是通过材料黏滞特性（速度相关型，主要包括黏滞消能器和黏弹性效能器）或塑性滞回特性（位移相关型，主要包括金属屈服型效能器和摩擦型效能器）来消耗地震能量的元件。在强烈地震作用下，在结构主体还处于弹性工作状态消能装置就率先进入耗能状态，消耗大量地震能量，有效地保护了主体结构。

3.2 建筑减震技术的优点

采用消能减震技术后，可以使建筑的抗震（风）能力、风荷载作用下的舒适度、抗震（风）可靠性和灾害防御水平大幅度提高。消能减震技术具有减震机理明确，效果显著，构造简单，安全可靠，经济合理，维护方便等特点。在进行抗震设计时，可在承载力薄弱部位或震害严重部位，通过设置阻尼器来保护结构构件，而且耗能消能器破坏后，还可以方便地更换。

4 隔震技术与消能减震技术的比较

隔震技术与消能减震技术既适用于新建建筑，又适用于已建建筑的抗震加固和改造，由于抗震原理的不同，导致其适用范围有很大差别。

4.1 抗震原理不同

隔震技术通过降低向主体结构输入的地震能量来抗震，是一种主动抗震技术；而消能减震技术通过消能装置耗散或吸收一部分地震能量，减少结构主体的地震反应来抗震是一种被动抗震技术。

4.2 适用范围不同

（1）隔震橡胶支座只能隔离水平地震力，不能隔震竖向地震力，而消能装置可同时减少建筑物受到的水平和竖向地震作用。

（2）隔震技术只适用于结构抗震，而消能减震技术同时适用于结构抗震和抗风。

（3）隔震技术在低层和多层建筑中应用较多，而消能减震技术适用范围更广，结构类型和高度均不受限制。

5 小结

从隔震技术和消能减震技术的实际使用效果来看，同样按现行抗震规范设计的建筑，应用隔震或消能减震技术的房屋抗震设防目标高，地震安全性明显提高，对重要的建筑物应优先选用减震和消能减震技术。