摘要：本文简要介绍了隔震技术的分类，并结合国内外实际案例，针对隔震技术应用于既有建筑的加固改造领域的原理与优势进行了探讨。
关键词：隔震层位置；隔震加固；薄弱层加固；可持续发展
1、隔震技术分类
根据隔震层的位置[1]，隔震技术通常分为基础隔震、层间隔震以及顶部隔震，如图1所示。基础隔震技术是地震工程领域广泛应用的成熟高科技技术之一，可以最大限度的隔离地震能量，结构受力特征明确。该技术是在建筑物基础与上部结构之间设置隔震层，通过延长结构的自振周期，避开地震动的卓越周期，从而大大降低结构的动力响应。层间隔震技术是隔震领域发展的一个新方向，与基础隔震不同的是，它通过将震系统设置在某层柱子和楼板之间，利用隔离层上部结构与下部结构的耦合，来削弱其地震响应。该技术可以解决一部分基础隔震的缺陷，例如海上建筑物或临海建筑物中设置在基础位置的橡胶隔震支座所遭受的海水侵蚀，较大的隔震层水平位移而要求设置的水平隔离缝及相应的构造问题，以及竖向不规则建筑及刚度或者质量有突变的结构，基础隔震技术不便于应用的限制等问题。也可以降低造价以及满足抗震加固的需求。同时，研究和实验表明，隔震层位置越低，阻尼效果越明显[2]。顶部隔震一般应用于大跨空间屋架或网架支座的隔震，由于其下柔上刚的体系特点，在水平地震作用下，其下部支撑将产生较大弯矩，因此若采用基础隔震技术会导致柱的两端接近铰接，抗侧刚度大大降低，而对现有屋盖支座进行改造，将隔震支座设置在柱子顶部与网架连接处，这样才能充分发挥隔震支座的性能，可见，对现有的屋盖支座进行改造，可以使其同时具有隔震性能；与此同时，顶部隔震技术也适用于在既有建筑物顶部设置隔震层，实现对其抗震加固时在顶部增加一至二层的目的。
图1 隔震层位置
2、隔震技术与加固改造技术的结合
隔震技术不仅可以广泛应用于新建筑，而且可以为现有建筑的加固改造作出特殊的贡献。根据上文的介绍我们不难看出，对建筑物进行加固改造，主要分为两种类型，其一是隔震加固，另一种就是在加固的同时进行加层设置。隔震加固意味着将隔震层插入原始建筑的下部，而不影响上部结构，通过增大原始结构的振动周期与阻尼来减小上部结构的地震响应。这种加固方式，不仅能够保障结构安全，也保护建筑内部的设备、仪器以及内部装修等，因此对于很多具有历史意义的纪念性建筑、文博建筑，以及内部有重要设备仪器的医院、政府大楼等，他们更适合采用隔震加固的方式来进行抗震改造。除了将隔震层设置于基础或中间层的传统隔震加固方式以外，还有一部分建筑，出于加层设计的目的，将隔震层选在建筑物顶部，所增设的1~2层建筑则位于隔震层上方，在这种方式的改造中，隔震层不仅发挥了加层改造增加房屋使用面积的建筑功能，更实现了提升结构的安全性以及抗御地震能力的效果。
因此，对于部分既有建筑，由于历史较为悠久，设计时抗震设防标准较低，低抗震设防标准的既有结构不满足现行规范的要求，因此需要进行加固。传统抗震加固技术有增大截面、粘贴型钢、粘贴碳纤维复合材料等方法，虽然其计算方法和施工工艺已经较为成熟，仍然存在一些缺点，例如加固过程中存在烟雾和噪音污染，在高空工作的危险性，以及施工时上部结构的正常使用也会受到影响等。而将隔震技术应用于加固改造领域，不仅可以解决以上问题，还能显著提高上部结构的抗震性能。
3、隔震加固于世界各国的应用
建筑物的隔震加固技术，多年来一直在抗震改造的领域得到广泛应用。下面我们看历史上各国的一些案例。
1989年，美国盐湖市政大厦采用隔震技术加固，地上五层，钟楼十二层。这是最早采用隔震技术进行加固改造的历史性建筑[4]。这栋始建于十九世纪的建筑距断层较近，1934年发生里氏6.1级地震，该建筑的砖墙开裂，由于在上层建筑中展示着珍贵的艺术品，不允许受到任何扰动。最后，通过在这栋古石砌结构的下部插入橡胶隔震支座，上部建筑完全不受干扰，并满足其抗震需求。
随后，始建于1931年的加州大学洛杉矶分校于1987年的抗震性能鉴定中显示已不满足抗震需求，因此，在第一层和基础之间的支柱上放置126个叠层橡胶支座，用于隔震和加固。
医疗机构在抗震救灾工作中起着至关重要的作用。当采用叠层橡胶隔震技术的美国南加州大学医院成功经受了1994年北岭地震的考验，并在震后急救中发挥关键作用后，加利福尼亚颁布的加固立法案中要求必须在08年之前加固重要的高级医院。并于2020年前对其他医院进行加固。按照该法案的要求，美国于1994年对长滩医疗中心使用了128个叠层橡胶支座进行隔震和加固。
随后，美国的金刚石研究中心、矿业学校、旧金山海军总部、奥克兰政府大厦、加州法院等建筑纷纷进行隔震加固改造，其中最高的建筑为28层混凝土结构的洛杉矶政府大厦。
新西兰也是较早使用隔震技术的国家，其中，均为5层的惠灵顿议会大楼以及议会图书馆均采用橡胶垫进行隔震加固。
日本早期隔震加固的著名案例是汤河研修所，在1964年始建于静冈县热海市，该建筑不仅平面不规则，立面也较为复杂，并且由于依山而建，地势不平，具有基础倾斜的特点，如图所示，1996年开始，大成建设将上部的8层结构下方插入隔震层进行中间层隔震改造，通过切断22根柱加入叠层橡胶支座的方式来实现。
我国作为地震频发的国家，抗震领域的专家针对震害以及震后修复的工作做了大量研究。特别是08年汶川地震之后，经调查发现，首层或底部几层薄弱结构的地震破坏是典型震害形式[5]。对于此类不适宜全部拆除重建建筑，若采用传统方法加固，会增大首层刚度和承载力，且成本高昂，而且会影响建筑的使用功能。因此对于这种结构，可首先考虑通过在结构首层设置隔震层的方式对其进行加固改造。该技术在修复首层的同时，还减少了上部结构的地震响应，达到了降低造价的效果，并且能够尽量避免加固对上部使用功能的影响，同时满足大部分地区抗震设防烈度不同程度的提高，具有良好的经济效益及社会效益。
4、结论与前景
综上所述，经过隔震加固技术后，原结构的抗震性能得到了很大提高，隔震层有效阻止了水平向地震波向上部结构的传递，从而有效降低上部结构的地震影响；其施工工艺简单、快捷、安全，并且主要对隔震层进行施工，对上部结构影响较小；与传统加固相比，成本大大降低，经济性得到提升；同时，由于采用隔震加固技术能够大幅减少钢筋与混凝土的用量，符合绿色建筑以及节能需求，因此也在推动可持续发展的进程中发挥着重要作用。
参考文献
[1]闫汝浩.结构隔震体系研究进展[J].建材与装饰，2018,30:214.
[2]周福霖,张颖,谭平.层间隔震体系的理论研究[J].土木工程学报，2009, 42（8）:1-8
[3]徐忠根,周福霖.国内外建筑隔震改造加固概述[J].华南建设学院西院学报，1999,7（2）:14-20
[4]潘鹏,等.底部薄弱层结构的柱顶隔震加固改造设计[J].工程抗震与加固改造,2009,31（6）:69-73
论文作者:王宇铮
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/9/9
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