新疆维吾尔自治区隔震技术研究和实践进程

1 引言

本文是课题 “新疆中小学校及幼儿园隔震结构动力特性测试（XJEDU2017M033）”的阶段性成果，归纳总结了隔震技术在新疆维吾尔自治区（以下简称新疆）的公共建筑，尤其是学校建筑中的应用情况。 新疆隔震技术研究和应用发展有3个特点。 首先，新疆是“一带一路”的核心区，发达省市在经济援助的同时也带来了新技术、新工艺；其次，新疆大部分县市属于抗震设防烈度8 度及以上的高烈度区域， 抗震设防要求比较高；最后，新疆人口基数不大但增长快、公共设施较为落后，对新建、改建公共建筑具有较为急切需求。

本文首先讲述隔震技术的基本原理， 然后分析隔震技术在新疆的应用及其发展趋势， 指出此项技术在新疆具有较为广泛的应用前景。

2 隔震技术

2.1 隔震基本原理

隔震技术主要通过设置隔震层来实现， 根据隔震层位置不同，可以分为基础隔震结构和层间隔震结构。 当建筑物面临地震时，可以有“抗”和“柔”两种选择，其实质是采取何种途径控制地震输入建筑的能量以及将其消耗掉。 地震输入的能量大小和地震波特性、场地及结构动力特性有关，因此，应控制建筑输入的地震能的总量及频谱特性。 建筑结构需要实现对输入能量的耗散， 同时在耗散结束后能保证特定指标的性能实现，即安全性。

与常规结构相比较，隔震结构有两大特点：其一是通过改变隔震层与上部结构所组成的结构体系的动力特性减少能量输入；其二是将能量耗散机制集中于隔震层，从而保证上部结构的安全性。 因此，在罕遇地震作用下，结构体系以隔震层的较大位移为代价，确保了上部结构的相对位移较小。 而在地震结束后，对隔震层进行适当的检测、复位和替换，可以保证结构的正常使用。

2.2 隔震支座的构成

根据机理不同，隔震支座可以分为叠层橡胶支座（LNR）、高阻尼叠层橡胶支座（HDR）、铅芯橡胶支座（LRB）、滑移摩擦支座 （SIB）、 摩擦摆支座 （FPS） 以及各类组合支座等。 GB 50010—2010《建筑抗震设计规范》[1]（以下简称《抗规》）注释部分将隔震设计范围限制在 “由橡胶隔震支座和阻尼装置等部件组成具有整体复位功能的隔震层”， 本文以LRB 作为隔震支座的典型进行阐述。

铅芯橡胶支座的构成如图1 所示， 主要包括功能区和连接区两部分。 功能区由多层钢板和钢板之间的橡胶组成，中心有铅芯； 钢板和钢间密实的橡胶为支座提供竖向刚度及侧移刚度；铅芯主要用于耗能。 连接区由较厚的钢板，及螺栓组成，用于和上部结构及基础连接。

图1 铅芯橡胶支座的构成

2.3 隔震设计要点

《抗规》对抗震设防要求提出“小震不坏、中震可修和大震不倒”三水准设计原则，和两阶段设计方法，其中，第一阶段采用针对第一水准的地震作用进行承载力验算， 第二阶段针对第三水准的地震作用进行薄弱层验算。

隔震支座技术参数至少含有两层意义， 其一是根据自身构造所得出的参数；其二是针对《抗规》的两阶段设计而提供的参数。 支座的研发和生产至少需要两次力学实验，根据JG 118—2000《建筑隔震橡胶支座》，在隔震支座研发定型后需要进行形式检验和出场检验。 在形式检验中， 将给出如竖向刚度、水平刚度、屈服后水平刚度和等效黏滞阻尼等参数。 《抗规》中对于隔震结构建议采用时程分析为主，其中，隔震支座的模型采用上述参数所构成的滞回曲线。

3 新疆的隔震技术概况

3.1 新疆较大区域属于抗震设防高烈度区

新疆位于印度洋板块和欧亚板块交会处， 自北向南包括阿尔泰、北天山、南天山、西昆仑山和阿尔金山地震带，而乌恰—喀什地区为典型强地震活动区。 自古以来，地震对新疆社会的发展造成了重大影响，古人根据生存要求，天然选择合适地域作为居住场所，以避免较大地震带来的影响。 比如，南疆绿洲城市中，起初大部分也是设防烈度不高城市，但是，当人口发展和用地需求产生较大幅度冲突时， 人类也必须将某些抗震设防烈度较高的地区作为生产生活场所。 在我国最新的抗震设防烈度表中，新疆9 度烈度区有2 个，八度（0.3g）有3个，八度（0.2g）有26 个，因此，高烈度区占比在新疆较高。

当新疆经济水平发展达到一定程度后， 对地震危害的重视程度必须提高。 首先，保证人的生命安全；其次，保证在突发地震时，医院、学校等建筑可以作为避免场所；最后，保证生命线工程中的关键节点，如信息流、物流和电力等不会瘫痪。

新疆作为“一带一路”核心区，必须重视抗震工作。 由于建筑物的功能性要求，在进行韧性城市规划中，常遇地震和罕遇地震的抗震设防需要达到国家的基本要求， 甚至部分适当超前。 因此，在新疆发展隔震技术具有一定可能性和必要性。

3.2 隔震技术早期发展历程

3.2.1 技术初步探索期

2008 年，汶川地震造成大量人员伤亡和财产损失，使全国各地掀起了结构抗震研究的热潮， 隔震技术也随之得到较大程度推广，新疆也不例外。 程玉兰[2]采用时程分析法对某采用叠层橡胶群的7 层结构进行计算简化。艾合买提[3]进行减震消能支座的数值模拟和1/4 比例振动台试验。 这种探索是零星的，并没有在具体工程中应用。 这个阶段值得指出的是周福霖院士进行的探索工作，使新疆的隔震事业与内地基本同步。

3.2.2 技术初步应用期

随着科研人员和工程技术人员对隔震技术熟悉程度提高、隔震支座产品成熟和价格降低、以及业主对结构安全性能关注程度提高，隔震技术得到了一定程度推广，尤其是第7 批援疆工作开展后。 汶川地震后，对于医院、学校等生命线工程中的关键建筑设防要求提高，隔震技术得到一定程度使用。

陈燕华[4]基于ANSYS 平台，采用FORTRAN 编制端口进行数据处理。徐忠根[5]对喀什某砌体隔震结构的计算及对特征周期研究。 陈通[6]通过对疆内地震分析，指出近断层脉冲地震的速度脉冲效应明显， 应采用LRB+ 非线性黏滞阻尼器的隔震方案。郭锐[7]进行了隔震层设置位置不同的减震效果对比研究。王飞[8]研究了改性砂浆滑移层和限位橡胶束联系的装置在砌体结构隔震中的应用。王玉喜[9]对叠成轮胎隔震垫的竖向力学性能进行研究。

从上述情况可知， 具有一定理论价值的研究主要由内地科研人员基于新疆特殊地震形式做出； 新疆当地研究人员对隔震理论研究已经体现出自觉状态， 主要体现在配合援疆省市，在援建的学校、医院等进行尝试性应用。

4 新疆隔震技术工程实践

《建设工程抗震管理条例》（国务院第744 号令）明确指出“位于高烈度设防地区、 地震重点监视防御区的新建学校、幼儿园、医院、养老机构、儿童福利机构、应急指挥中心、应急避难场所、广播电视等建筑应当按照国家有关规定采用隔震减震等技术， 保证发生本区域设防地震时能够满足正常使用要求”，这将进一步规范减隔震技术在新疆的使用。

较之内地，新疆隔震建筑的应用起步较晚，发展则比较迅速。 一方面是由于政策法规的导向作用，另一方面是采用隔震技术在高烈度区具有一定的经济可比性。 隔震支座在学校、医院、其他公共建筑和住宅中都有所应用，而滑移隔震层则在农村住宅中有一定幅度程度应用。 其中，比较典型案例是喀什地区第一人民医院门诊楼[10]、阿图什市人民医院分院、喀什大学新泉校区图文中心楼等。2010 年后，部分新建的中小学和医院也采用了隔震技术，更多地采用了减震技术。

汶川地震后，考虑到土建成本和其他附加成本，隔震技术在砌体结构和框架结构加固工程中的应用也时有发生， 如在乌鲁木齐的某驻疆办[11]和某艺术馆[12]加固中采用铅芯橡胶支座和叠层橡胶支座的联合使用构成隔震层。

5 结语

通过考察隔震技术在新疆的应用，可以得出以下结论：

1）高校、科研机构和设计院的研究和技术人员在隔震技术方面进行一定深度探索，能够根据规范使用此类技术，并结合当地材料和工艺实际情况进行探索。

2）新疆地形地貌复杂；在诸如近断裂带等具有典型意义特殊场地中，隔震研究还处于较粗浅阶段，可以进行深入探索。