杨洪建
重庆市江津区建筑勘察设计院有限公司 重庆市 402260
摘要：随着我国高层建筑的飞速发展，人们对自身居住的条件要求逐渐上升至坚固耐用。由于现阶段世界范围内生态平衡受到了严重的破坏，导致自然灾害产生的频率逐渐提升，为了提升人们的居住安全及和谐家园的实现，促使建筑工程逐渐朝安全的领域发展，而抗震体系则是其中最为关键的一项，能进一步将人们受到自然灾害的影响降至最低。本文对基础隔震原理，基础隔震系统的应用方法和该技术所带来的经济效益进行了简要分析，以供参考。
关键词：建筑结构；基础隔震技术；研究；应用
引言
基础隔震技术是通过在建筑物底部与基础顶面设置隔震装置，延长结构的自振周期，场地的特征周期一般在0.25s～0.9s之间，中低层抗震结构的自振周期一般为0.2s～1.2s，合理布置隔震支座，可以使隔震结构的自振周期延长至2s～5s，从而避开场地的卓越周期，而且有些隔震装置还加入了阻尼材料，在地震中通过阻尼材料耗散一部分地震能量，减少输入到建筑的地震能量，降低结构在地震作用下的损伤程度。
1 基础隔震原理
基础隔震是将建筑的上部结构与基础应用隔震系统连接，通过隔震系统减弱地震力对上部结构的能量输入，减少上部结构对地震的反应，保证上部结构的稳定。基础隔震的简化计算简图如图1所示
图 1 基础隔震体系简图
为了减弱地震力的破坏，保证上部结构的稳定性，需要进行隔震的途径主要有两种：1）延长结构的自振周期，使自振周期远离场地土的卓越周期和地震的周期，以免产生共振现象，从而有效的减少地震对建筑的破坏。2）增加隔震支座的阻尼，最大限度的吸收地震波的能量，减少地震波对上部结构的能量输入，保证上部建筑结构的稳定。
2 隔震支座的类型
2.1 普通叠层橡胶支座
普通叠层橡胶支座由橡胶层和钢板两部分组成，设置钢板是为了提高隔震支座的竖向抗压刚度，提高竖向承载力，而钢板的存在不会降低橡胶本身的柔韧性。叠层橡胶支座的阻尼性能不是很好，耗能性能较差，所以可采用附加各类阻尼器或者使用高阻尼性能的橡胶支座来增加其耗能能力。
2.2 高阻尼叠层橡胶支座
高阻尼叠层橡胶支座是通过在橡胶材料中加入一定量的石墨而构成的，石墨的量决定了阻尼的大小。高阻尼橡胶支座与铅心橡胶支座相似，不仅具有不错的耗能能力，滞回曲线比较饱满，而且水平刚度也较小。该支座最明显的优点是即使在小变形时也会产生较大的阻尼
2.3铅芯橡胶隔震支座
铅芯橡胶隔震支座是在天然橡胶隔震支座的中心或非中心加入铅芯制作而成的具有良好耗能能力的隔震支座。铅是一种具有良好塑性变形能力和吸收能量的金属，将铅加入橡胶之中，能够将橡胶的安定复原装置和铅的能量吸收结合起来，成为结构构造简单、性价比高的隔震支座。铅芯橡胶隔震支座具有的性能：1）与天然橡胶相比，铅芯橡胶隔震支座的拉伸刚度较低，约为压缩刚度的1/7 ～ 1/10；2）水平变形稳定，由于铅芯的存在，能够限制隔震支座的水平变形，铅芯隔震支座的水平变形要比天然隔震支座的水平变形小；3）铅芯橡胶隔震支座的工作特点是通过铅芯的大小来调整阻尼的大小；4）与天然 橡胶一致，铅芯橡胶隔震支座在使用100年后，橡胶依然完好，并且在使用10年后，铅芯橡胶隔震支座的性能基本保持不变；5）在剪切变形为250%时能表现出稳定的双线滞回特性。
3 隔震技术具备的功能
隔震体系是在结构底部和基础之间设置隔震消能装置而构成的结构，隔震体系应具备以下几种功能：1）水平刚度较小，能使结构在隔震层上柔性移动，使结构体系的自振周期大大延长，远离场地的卓越周期，从而能把地面运动隔离开，有效地降低结构的动力响应。2）具有足够的水平向初始刚度，在风荷载或轻微的地震作用下，隔震层具有足够的弹性刚度，以满足正常使用的要求，当强震发生时，隔震层开始柔性移动，结构进入消能状态。3）提供较大的阻尼，具有很好的耗能能力，滞回曲线包围的面积较大，隔震结构在强震时不会产生过大的水平位移。4）具有很高的抗压刚度，使结构在地震时和平时使用时不会产生竖向的变形。具有一定的抗拉刚度，隔震支座不应在遇到竖向地震动时发生损伤。
4 隔震系统的应用方法
隔震系统比较常见的有水平摩擦滑动隔震系统，滚动隔离系统和摩擦摆隔震系统。水平摩擦隔离滑动系统经常在与限位装置一起配合使用。防滑材料主要是由滑石粉、不锈钢板、石墨砂浆等材料组成。滚动隔震系统主要是利用滚珠、滚轴和其他几何复位特征来实现减震的目的。摩擦摆隔震系统采用与多层橡胶并用的滑动支撑，不锈钢表面制作成凹球面，通过建筑物结构的自身重量来形成复原力。摩擦滑动的位移装置具有较大的初始刚度，在滑移时刚度的增量几乎为零。在建筑结构受到地震较小的水平激励时，摩擦滑动位移的装置可以提供足够的摩擦力来阻碍建筑物上部结构相对地面的滑动；当地震带来的水平力较大，超过了摩擦滑移装置能够提供的最大摩擦力时，滑动面开始滑动，摩擦滑移装置开始发挥作用，此时进入建筑物上部结构的地震能量依旧可以控制在一定范围之内，不会随着地面能量的增加而增加，可以充分保证建筑物上层结构的安全。因此，我们通过研究发现，选择合适的摩擦材料就完全可以控制进入建筑物上层建筑的地震能量，然后调整选用相关限制复位的装置，从而可以有效地控制建筑物位置。滑移隔震系统之所以受到人们的关注，是因为这种隔震系统的成本造价相对于其他系统来说较低，并且因为滑动是不存在固定周期的情况，可以在一个较宽的范围内得到的良好的隔震效果。但是滑移隔震系统也存在有一定的局限性。地震发生后其不能充分复位，材料的耐用性、可靠性不可靠，这些因素依旧是影响该系统大范围使用亟待解决的问题。
5高层建筑基础隔震技术的经济效益
对于橡胶隔震垫来说，不仅发挥着有效的隔震性能，而且还具有较低的技术成本，使建筑工程节约了成本。与一般建筑结构相比，高层建筑的基础隔震会有较高的工程费用存在，主要包括隔震构件的配备、隔震层以上楼面、设计及施工费用等。若采用传统的建筑结构对上部结构进行抗震设计时，会促使建筑的总体费用得到提升。合理的隔震结构设计不仅能充分发挥相应的性能，在地震发生时保障人们的生命及财产安全，而且还能节省大批灾后维护的巨额费用。
结语
随着隔震技术的进一步完善及推广，使强地震来临时人们居住的安全性能得到保障，有效的减轻地震灾害的损失。该技术在高层建筑中被广泛应用，从而在防震减灾工作中发挥着重要的作用。
参考文献：
［1］杨海旭，马伟文，蔡永明．具有NES的复合摩擦摆隔震性能有限元分析［J］．辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2015（9）
［2］陈道政，赵杉杉，陈 锐．隔震技术在某体育馆加固工程中的 应用与分析［J］．工程抗震与加固改造，2016，38（2）
论文作者:杨洪建
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第18期
论文发表时间:2018/1/30
标签：支座论文; 橡胶论文; 结构论文; 阻尼论文; 刚度论文; 系统论文; 基础论文; 《建筑科技》2017年第18期论文;