减隔震技术在建筑中的应用与选用

郭海峰

（山西晋城煤业集团勘察设计院有限公司，山西 晋城 048006）

1 减隔震技术简介

1） 隔震、减震技术作为近些年出现的新技术，适用性强、控制装置简单、造价低、控制元件震后易于更换或修复，无需外部能源；

2） 隔震是通过设置具有整体复位功能的隔震层，延长结构体系的自振周期，减少输入上部结构的地震能量来减轻地震对结构的影响。

隔震建筑根据隔震层位置可分为基础隔震和层间隔震：

①基础隔震的隔震支座直接布置于基础上，优点是所有设备管线、楼梯、电梯均位于隔震层上方，没有管线设置软接头、楼梯设置水平缝、电梯筒需设隔震缝的问题，构造相对简单，将主体结构与地基基础通过隔震层完全隔离，输入到建筑物的地震能量主要由隔震层吸收，主体结构的地震力大幅减小，在合理的设计下几乎可以保证地震作用后建筑功能不受影响，特别适用于在大震后仍需要使用功能不间断的关键生命线工程或其它重要工程，是一种最为理想的隔震方式。

②层间隔震是将隔震支座布置于建筑某一层间，常见的有地下室一层柱顶、柱底、大底盘建筑底盘顶部等。由于隔震层上下楼层均有建筑使用功能，带来了穿越隔震层的管线设置软接头、楼梯设置水平缝、电梯筒需设隔震缝的问题，且隔震支座上下柱无法设置拉梁/框梁时，柱相当于悬臂柱，构件截面尺寸可能较大。同时为满足上部结构的嵌固刚度和承载力要求，下部结构一般刚度较大，从而为隔震层提供足够的嵌固约束。对于下部结构，上部结构作用类似于调谐质量块，地震作用与隔震层的位置、刚度、上部结构的重量以及下部结构的刚度有关，可能出现下部结构的地震作用放大的情况，设计时应予以充分关注与论证。

隔震装置分为隔震支座和阻尼器。隔震支座要支撑建筑物的竖向重量和提供一个较小的水平向刚度，并具有复位功能。阻尼器则用来吸收或耗散地震能量，抑制隔震层产生较大位移。

3） 减震是通过附加的耗能减震装置屈服时产生的塑性变形、构件间相对位移时的摩擦或耗能材料的黏性（弹性） 滞回变形，给结构提供附加阻尼，在结构进入塑性变形前耗散地面运动传给结构的能量，达到保护结构主要构件的目的。

根据与位移、速度的相关性，耗能减震装置可分为速度相关型阻尼器、位移相关型阻尼器和复合型阻尼器。减震结构在使用位移相关型阻尼器的时候，阻尼器在多遇地震作用下不屈服耗能，只在罕遇地震时屈曲参与工作，在提供附加阻尼的时候也提供了附加刚度，而附加刚度对结构抗震有不利影响，这方面展开的研究还较少，需要设计者权衡后综合考虑使用或采用速度相关型阻尼器，速度相关型阻尼器不提供刚度，在平时和小震、大震时均发挥作用。

2 两者的主要区别有

1） 采用隔震的建筑在地震能量传至隔震层上部结构之前已经消耗过半，上部结构地震烈度可以减小约1 度，在保证上部结构不破坏的同时有利于上部结构振动幅度的减小，而这可以大大减轻其他非结构构件移动、破坏的可能（如家具的倾倒），从而进一步保护人们的安全。减震装置则在结构开始进入较大变形的时候才发挥作用，和结构一起振动，对非结构构件的保护作用非常有限。

2） 隔震建筑对地震能量减小明显，能减少一半以上，但随着结构自振周期的延长，效果逐渐降低，在结构自振周期达到5 秒后效果不明显，故多用于低层、多层建筑。减震建筑则效果较差，地震作用减少幅度大概在20%～40%左右，但不受结构自振周期的限制，可用于高层建筑。

3） 隔震建筑由于只在隔震层布置支座，两个主轴方向均可受力，支座数量较少，竖向阻尼器可以和支座一起设置，且价格便宜。而减震建筑，消能器（阻尼器） 只能一个方向起作用，两个方向均需设置，需要设置的楼层也较多，消能器也比较昂贵，从而经济性弱于隔震建筑。

4） 隔震支座只能受压而不能受拉，而减震建筑没这方面考虑，从而在建筑底部可能受拉的情况下，比如高宽比大于4 的高层建筑在遭受地震情况下可能有倾覆危险，不能采用隔震技术。风荷载较大的地区也不能用隔震设计。

5） 减震消能结构构件安装方便，可以在主体完工后在有空间的情况下在任意楼层，任意主结构处安装。隔震支座则只能在基础处或较低楼层处安装，安装麻烦，一般用于新建建筑，改造空间有限。

6） 我国规范根据建筑场地土覆盖层厚度和场地土刚度等因素，将其分为四类，一类较硬，四类较弱。实践和实验均表明，软弱土滤掉了地震波中的中高频分量，输入结构的地震波以长周期分量为主，对隔震后延长周期的结构可能反而不利。故隔震结构不能应用于软弱场地，减震结构则无此限制。

3 结语

隔震技术造价低、隔震效果好、且能很好的防止非结构构件破坏对人们生命安全的威胁，在有条件的情况下应优先采用，并尽量采用基础隔震形式。而在某些情况下，如软弱土场地、建筑高宽比较大、建筑高度较高、风荷载较大或其它有倾覆危险的情况下只能选用减震技术。采用减震技术时应注意阻尼器的选择，尽量选用速度相关型阻尼器，如选用位移相关型或复合型阻尼器应注意其对结构刚度的影响，并且应注意阻尼器要两个主轴方向均衡布置。