建筑隔震橡膠支座的基礎(chǔ)隔震技術(shù)的原理

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 建筑隔震橡膠支座的使用中,對(duì)于基礎(chǔ)隔震技術(shù)與普通抗震技術(shù)的區(qū)別面對(duì)具有如此巨大破壞力的地震災(zāi)害，我們真的就束手無策、任其禍害嗎？其實(shí)不然，在5.12汶川地震發(fā)生后，北京一名著名建筑設(shè)計(jì)大師在做客中央之聲節(jié)目時(shí)曾指出：“我國現(xiàn)在的防震技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界水平，只要采用最先進(jìn)的防震設(shè)計(jì)，像5.12汶川這樣的地震所產(chǎn)生的后果是完全可以減輕的。”的確，21世紀(jì)的中國擁有與美國、日本等先進(jìn)國家同等級(jí)的防震技術(shù)——基礎(chǔ)隔震技術(shù)。當(dāng)前最先進(jìn)的基礎(chǔ)隔震技術(shù)是通過高新技術(shù)產(chǎn)品——建筑隔震橡膠支座，將上部建筑結(jié)構(gòu)與下部地基結(jié)構(gòu)隔離，由于建筑隔震橡膠支座中的隔震層剛度小，柔性強(qiáng)，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)隔震層將發(fā)揮“隔”的作用，代替上部結(jié)構(gòu)承受地震強(qiáng)烈的位移動(dòng)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(jié)構(gòu)傳輸，此時(shí)上部建筑結(jié)構(gòu)的反應(yīng)相當(dāng)于不隔震情況下的1/4～1/8，近似平動(dòng)，從而“隔離”了地震的作用(如圖CJ-1右)。

傳統(tǒng)的建筑抗震技術(shù)主要特點(diǎn)是“抗”：上部建筑的基礎(chǔ)與地基牢固的聯(lián)結(jié)在一起，由于地震作用，引起上部建筑結(jié)構(gòu)一起發(fā)生運(yùn)動(dòng)，此時(shí)上部結(jié)構(gòu)就像電路上的放大器，對(duì)地面運(yùn)動(dòng)的作用力進(jìn)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(jié)構(gòu)要承受比地面還要大的地震作用破壞力，當(dāng)建筑材料超過極限承載能力后，建筑物就會(huì)發(fā)生破壞、坍塌等地震災(zāi)害現(xiàn)象。從以上對(duì)比可以看出，基礎(chǔ)隔震技術(shù)已經(jīng)從“抗”到“隔”，突破了人們的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)觀念，形成了中國抗震技術(shù)史上的一次重大革命。

五、建筑隔震橡膠支座的基礎(chǔ)隔震技術(shù)的原理

二、建筑隔震橡膠支座的應(yīng)用實(shí)例其實(shí)，早在20世紀(jì)90年代中期，建筑隔震橡膠支座就表現(xiàn)出了它出色的隔震性能。日本阪神地區(qū)的一次地震，就是真實(shí)一例。1995年1月17日，日本阪神地區(qū)發(fā)生里氏7.2級(jí)地震，造成了令人震驚的慘重?fù)p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(chǔ)隔震技術(shù)發(fā)揮了很好的隔震減震效果，其所處場地的地震危害程度達(dá)到了震度7度（相當(dāng)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(yùn)轉(zhuǎn)。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(chǔ)隔震技術(shù)的南加利福尼大學(xué)校立醫(yī)院表現(xiàn)同樣出色，震后不僅不影響營業(yè)，還在震后救災(zāi)中發(fā)揮了出色的救援作用，而位于街對(duì)面的洛杉磯鄉(xiāng)村醫(yī)院則遭到了嚴(yán)重破壞。基礎(chǔ)隔震技術(shù)被稱為面向21世紀(jì)的抗震新技術(shù)，同時(shí)，建筑隔震橡膠支座也成為跨世紀(jì)的抗震新產(chǎn)品。三、建筑隔震橡膠支座的構(gòu)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(duì)應(yīng)不同建筑、橋梁的要求，隔震橡膠支座可以有不同的疊層結(jié)構(gòu)、制造工藝和配方設(shè)計(jì)，以滿足所需要的垂直鋼度、側(cè)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(chǎn)的高強(qiáng)度的建筑隔震橡膠支座的優(yōu)點(diǎn)

建筑隔震橡膠支座除了本身的隔震力學(xué)性能滿足抗震設(shè)計(jì)及使用要求外，還具備以下優(yōu)點(diǎn)：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(dá)80～100年，期間的隔震力學(xué)性能不會(huì)發(fā)生明顯變化，也就是說在80年之內(nèi)不會(huì)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(chǔ)備，水平變形250%不會(huì)影響使用，另外具有足夠豎向承載力保證穩(wěn)定的支撐建筑物（如圖CJ-3），建筑隔震橡膠支座結(jié)構(gòu)中的隔震層具有穩(wěn)定的彈性復(fù)位功能，能在多次地震中自動(dòng)瞬時(shí)復(fù)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(shè)計(jì)及施工方便。因建筑隔震橡膠支座的設(shè)計(jì)與配方科學(xué)合理，與傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)相比，上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)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(shè)防目標(biāo)一般可以提高一個(gè)設(shè)防等級(jí)；傳統(tǒng)的設(shè)防目標(biāo)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(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是十分可觀，按施工經(jīng)驗(yàn)，隔震結(jié)構(gòu)一般比非隔震結(jié)構(gòu)造價(jià)降低7%～15%。

通過建筑物的地震反應(yīng)譜可以很好地說明基礎(chǔ)隔震原理，加速度反應(yīng)譜和位移譜曲線（如圖CJ-4）。 從圖中可以看出，對(duì)建筑物地震反應(yīng)有重要影響的因素主要有兩個(gè)：一個(gè)是結(jié)構(gòu)的周期，另一個(gè)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(yīng)的加速度反應(yīng)比地面運(yùn)動(dòng)放大得多，而位移反應(yīng)卻較小，如圖中A點(diǎn)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(yīng)被大大降低，但位移反應(yīng)卻有所增加，如圖中B點(diǎn)所示。如果繼續(xù)加大結(jié)構(gòu)的阻尼，加速度反應(yīng)則繼續(xù)減弱，且位移反應(yīng)也得到明顯降低，如圖中C點(diǎn)。這就是說，通過隔震支座來延長結(jié)構(gòu)的周期并給予較大的阻尼，就可使結(jié)構(gòu)上的加速度反應(yīng)大大降低。同時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(jié)構(gòu)自身的相對(duì)位移來承擔(dān)。這樣，上部結(jié)構(gòu)在地震過程中就會(huì)發(fā)生接近平移的運(yùn)動(dòng)，大大提高了上部結(jié)構(gòu)的安全度。如果汶川等受震災(zāi)區(qū)的生命線工程都采用了基礎(chǔ)隔震技術(shù)，損失一定會(huì)大大減少，然而，面對(duì)災(zāi)難，我們不能一味地只作假設(shè)。作為一名多年在基礎(chǔ)隔震技術(shù)領(lǐng)域從事研究的技術(shù)人員，在地震發(fā)生后，特匆匆撰寫本文，算是對(duì)抗震救災(zāi)出一份綿薄之力，也算是對(duì)那些逝去生命的些許告慰。同時(shí)，本人及本公司愿為各地抗震辦、設(shè)計(jì)單位免費(fèi)提供建筑隔震橡膠支座的各項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)與咨詢工作，以對(duì)災(zāi)區(qū)重建及中國的隔震建設(shè)事業(yè)奉獻(xiàn)一份力量。參考文獻(xiàn)： 1、《建筑基礎(chǔ)隔震技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用》曾德民，蘇經(jīng)宇2、建筑隔震支座國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 20688.3-2006》3、《GB50011-2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》4、建筑隔震支座行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JG 118-2000》