建筑隔震橡膠支座的基礎隔震技術的原理

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 建筑隔震橡膠支座的使用中,對于基礎隔震技術與普通抗震技術的區別面對具有如此巨大破壞力的地震災害，我們真的就束手無策、任其禍害嗎？其實不然，在5.12汶川地震發生后，北京一名著名建筑設計大師在做客中央之聲節目時曾指出：“我國現在的防震技術已經達到世界水平，只要采用最先進的防震設計，像5.12汶川這樣的地震所產生的后果是完全可以減輕的。”的確，21世紀的中國擁有與美國、日本等先進國家同等級的防震技術——基礎隔震技術。當前最先進的基礎隔震技術是通過高新技術產品——建筑隔震橡膠支座，將上部建筑結構與下部地基結構隔離，由于建筑隔震橡膠支座中的隔震層剛度小，柔性強，當地震發生時隔震層將發揮“隔”的作用，代替上部結構承受地震強烈的位移動力，以此來隔離或耗散地震的能量，避免或減少地震能量向上部結構傳輸，此時上部建筑結構的反應相當于不隔震情況下的1/4～1/8，近似平動，從而“隔離”了地震的作用(如圖CJ-1右)。

傳統的建筑抗震技術主要特點是“抗”：上部建筑的基礎與地基牢固的聯結在一起，由于地震作用，引起上部建筑結構一起發生運動，此時上部結構就像電路上的放大器，對地面運動的作用力進行慣性放大作用（一般建筑物可放大2～5倍 (如圖CJ-1左)，所以上部建筑結構要承受比地面還要大的地震作用破壞力，當建筑材料超過極限承載能力后，建筑物就會發生破壞、坍塌等地震災害現象。從以上對比可以看出，基礎隔震技術已經從“抗”到“隔”，突破了人們的傳統設計觀念，形成了中國抗震技術史上的一次重大革命。

五、建筑隔震橡膠支座的基礎隔震技術的原理

二、建筑隔震橡膠支座的應用實例其實，早在20世紀90年代中期，建筑隔震橡膠支座就表現出了它出色的隔震性能。日本阪神地區的一次地震，就是真實一例。1995年1月17日，日本阪神地區發生里氏7.2級地震，造成了令人震驚的慘重損失。在這次地震中，距離震中35公里的西部郵政大樓中采用的基礎隔震技術發揮了很好的隔震減震效果，其所處場地的地震危害程度達到了震度7度（相當于我國地震烈度的9～10度），地震中及地震后，整幢大樓一切照常運轉。與此例相似，1994年1月17日，美國洛杉磯北嶺的地震中，采用同種基礎隔震技術的南加利福尼大學校立醫院表現同樣出色，震后不僅不影響營業，還在震后救災中發揮了出色的救援作用，而位于街對面的洛杉磯鄉村醫院則遭到了嚴重破壞。基礎隔震技術被稱為面向21世紀的抗震新技術，同時，建筑隔震橡膠支座也成為跨世紀的抗震新產品。三、建筑隔震橡膠支座的構造及類型建筑隔震橡膠支座由多層橡膠和多層鋼板交替疊置組合而成，對應不同建筑、橋梁的要求，隔震橡膠支座可以有不同的疊層結構、制造工藝和配方設計，以滿足所需要的垂直鋼度、側向變形、阻尼、耐久性、傾覆提離等性能要求，并保證具有不少于60年的使用壽命。建筑隔震橡膠支座一般分為普通型（無鉛型GZP）和有鉛型（GZY）兩種（如圖CJ-2）。四、我公司生產的高強度的建筑隔震橡膠支座的優點

建筑隔震橡膠支座除了本身的隔震力學性能滿足抗震設計及使用要求外，還具備以下優點：一是建筑隔震橡膠支座耐久性好，抗低周期疲勞性能、抗熱空氣老化、抗臭氧老化、耐酸性、耐水性均較好，其壽命可達80～100年，期間的隔震力學性能不會發生明顯變化，也就是說在80年之內不會影響使用，可見，與建筑物具有同等壽命。二是具有足夠的安全儲備，水平變形250%不會影響使用，另外具有足夠豎向承載力保證穩定的支撐建筑物（如圖CJ-3），建筑隔震橡膠支座結構中的隔震層具有穩定的彈性復位功能，能在多次地震中自動瞬時復位．這是摩擦滑移隔震體系所完全不能相比的。三是建筑隔震橡膠支座設計及施工方便。因建筑隔震橡膠支座的設計與配方科學合理，與傳統的抗震結構相比，上部結構的地震反應減小到前者的1/4～1/8左右，安全可靠度大大提高，建筑的設防目標一般可以提高一個設防等級；傳統的設防目標是“小震不壞，中震可修，大震不倒”，而隔震建筑能做到“小震不壞，中震不壞或輕度不壞，大震不喪失使用功能，”其潛在的經濟效益和社會效益是十分可觀，按施工經驗，隔震結構一般比非隔震結構造價降低7%～15%。

通過建筑物的地震反應譜可以很好地說明基礎隔震原理，加速度反應譜和位移譜曲線（如圖CJ-4）。 從圖中可以看出，對建筑物地震反應有重要影響的因素主要有兩個：一個是結構的周期，另一個是阻尼比。普通非隔震中低層建筑物的剛度大、周期短，其基本周期正好在地震輸入能量最大的頻段上。因此相應的加速度反應比地面運動放大得多，而位移反應卻較小，如圖中A點所示。如果延長建筑物的周期，而保持阻尼不變，則加速度反應被大大降低，但位移反應卻有所增加，如圖中B點所示。如果繼續加大結構的阻尼，加速度反應則繼續減弱，且位移反應也得到明顯降低，如圖中C點。這就是說，通過隔震支座來延長結構的周期并給予較大的阻尼，就可使結構上的加速度反應大大降低。同時，對結構產生的較大位移也是由隔震支座中的隔震層來提供，而不由上部結構自身的相對位移來承擔。這樣，上部結構在地震過程中就會發生接近平移的運動，大大提高了上部結構的安全度。如果汶川等受震災區的生命線工程都采用了基礎隔震技術，損失一定會大大減少，然而，面對災難，我們不能一味地只作假設。作為一名多年在基礎隔震技術領域從事研究的技術人員，在地震發生后，特匆匆撰寫本文，算是對抗震救災出一份綿薄之力，也算是對那些逝去生命的些許告慰。同時，本人及本公司愿為各地抗震辦、設計單位免費提供建筑隔震橡膠支座的各項技術數據與咨詢工作，以對災區重建及中國的隔震建設事業奉獻一份力量。參考文獻： 1、《建筑基礎隔震技術的發展和應用》曾德民，蘇經宇2、建筑隔震支座國家標準《GB 20688.3-2006》3、《GB50011-2001建筑抗震設計規范》4、建筑隔震支座行業標準《JG 118-2000》