浅谈建筑结构隔震技术论文答辩

房屋基础隔震技术应用的探究工学论文

摘要： 笔者经过实践并进行理论总结后，在本文中就房屋基础隔震技术的原理和施工技术要点做了详细和系统的介绍，并且通过比较将房屋基础隔震技术抗震性能好和节约成本等优越性展现出来。最后笔者还就目前该技术的应用情况做出了总结。

关键词： 房屋基础隔震原理技术要点优势现状

2008年的5·12汶川地震在给我们带来伤痛的同时也引起了各界对房屋建设的关注，对于每一名房屋设计和建设者来说如何提高房屋的抗震能力成了必须思考和探索的问题。广木线穿心店站的货运楼在其周围房屋基本倒塌的情况下仍然可以保持房屋上部结构的基本完整性这一特殊的现象为我们有效提高房屋抗震性能提供了一种可能。经过调查发现该楼房在修建过程中应用房屋基础隔震技术，这就提示我们房屋基础隔震技术能有效提供房屋抗震性能，而这一点在国家现行的GB50011．2001建筑抗震设计规范中得到证明。下面就介绍一下房屋基础隔震技术的基本原理和优越性，并且探讨一下其应用的方法。

1房屋基础隔震技术的基本原理

房屋基础隔震技术的基本原理就是在房屋的上部结构同地基之间实现柔性连接——一般是在上下结构的中间增加水平刚度低且具有适当的隔震和增加结构系统的柔性，使上部结构得以同可能造成破坏的地面运动分离，以达到降低房屋上部结构的地震能量加速，且提高房屋对于地震的抵抗能力的目的。可以说基础隔震技术通过“以柔克刚”的方式使得房屋的抗震性能大大提高。当地震破坏程度较小时，“隔震装置的初始刚度足以使房屋屹立不动”[1]，在遇到破坏性大的地震时这种设计就可以保持房屋的基本结构让房屋不至完全倒塌，就像5·12地震中的广木线穿心店站的货运楼。

房屋结构应用基础隔震措施后,其周期是没有应用基础隔震结构的2～3倍，依据反应谱理论可知较长的隔震建筑的周期可以使地震对房屋的影响大幅度减小。但就传统对原理的解释来看，这种隔震设计一般多用于层数较少的楼房，而目前我国在高层建筑中也开始了基础隔震技术的使用。虽然，这用传统的理论很难解释其合理性，但是从实际运用中来看，我们仍旧可以发现其合理因素所在，即就隔震能力本身而言基础隔震技术降低房屋上部结构的地震能量加速。

2房屋基础隔震设计的优越性

无论是从理论上还是实践中基础抗震设计较传统抗震设计在抗震能力和节约成本方面都有很大的优势。

抗震能力更好明显有效地提高了地震对房屋结构的影响。基础隔震技术使得房屋结构的加速度降低60%左右，也就是相当于没有运用基础抗震技术结构的1／10～1／4。如此一来房屋上部结构的地震反应也刚体平动十分类似，从而能让房屋的整体结构得到有效的保护，同时也因结构的震动得以保持在较为轻微的水品内而让房屋的内部设施。同时在地震时，应用了基础抗震设计的房屋能够保持上部结构的弹性工作状态的正常运作，这可以给某些重要的建筑物以可靠的保护。

节约成本从目前国内的房屋建设实例来看，采用了基础隔震设计的房屋在初始造价上往往较非基础隔震设计的房屋高，但是我们在计算隔震设计的经济性时不能只考虑初始的工程费用，而应该从其抗震性能、抗震安全性、震后维护等方面来进行评估。首先，房屋基础隔震可以有效的保护房屋内部的浮放设备，防止内部物品的破损，减少了受灾群众的经济损失和次生灾害的发生。其次，抗震措施简单明了，隔震设计仅考虑隔震装置，“这样就可以把设计、试验、制造的注意力集中到这些构件上”[2]，因此建筑结构的设计与施工得以简化。最后，地震后无需对隔震建筑进行过多的维修。

3房屋基础隔震设计的应用方法

隔震装置的选择现阶段常用的隔震装置有：加铅芯的多层橡胶支座、橡胶隔震支座、摩擦滑动层隔震装置、阻尼器。这些隔震装置都各有其优缺点，具体什么选择还得按照房屋的总体设计需要来，但总的来讲要想隔震装置在地震中发挥作用，保证房屋整体的抗震性能和安全性，就必须就有适当的阻尼及消能能力基础隔震装置必须具有一定的阻尼、消能能力和竖向承载能力。下面我们就以叠层橡胶隔震支座为例。叠层橡胶隔震支座一般用天然橡胶或者人工合成橡胶制作，呈圆柱形，直径在300mm以上1000mm以下，单个可以承重500KN到700KN。其有点是有很好的自复能力。其缺点是“由于上部结构的粱是由叠层橡胶支座为其竖向支座的，为了减小梁的跨度，就需要放置比较多的`叠层橡胶支座，那么就提高了整个隔震体系的成本。”[3] 确定水平向减震系数水平向减震系数取值必须大于等于，而且隔震作用发挥后，地震作用的总水平应该是隔震结构相对的减震系数的百分之七十。为了更加合理化水平向减震系数，我们要根据具体情况配合相应的防烈度，具体来说可看下表：

水平向减震系数防裂度

基础设计要点当我们进行抗震设计的基础设计时可以不考虑隔震产生的减震效果，只需按原设防烈度着手设计即可。

隔震层设计要点隔震层能在地震中起到应有作用是设计的根本，因而就必须确保整体隔震结构得以协调工作，这样一来我们在将具有合适刚度的梁板体系安排在隔震结构的项部的同时要做到让该层隔震装置的两种负荷——永久、可变负荷的“竖向平均压应力限值不超过相关规范规定，且在罕遇地震下不出现拉应力。”[4]还有一点需要我们注意，就是虽然在前面已经列出了防烈度的相应系数，但是考虑到在遇到竖向地震是隔震层的相对无力，在上部结构设计是我们有必要把水平向换算烈度提高。基础隔震设计不是单靠哪一个部分就能够完成的，要想使得隔震设计的性能得到良好的发挥，就必须保证设计的每个部分都不能脱节，要重视连接点的重要性，从全局出发着手设计。

隔震层设计注意事项隔震层的抗震性能还收其以下结构的影响，因此我们要注意一下的设计要点：①对于支柱、支墩等地相连且有相当大的承重任务的结构，在设计时要以高标注也就是罕见破坏性地震作为隔震底部相关力如竖向力和水平力的计算依据。②要具体问题具体分析，不同的地区对于隔震建筑地基有这不同的要求和标准，所以我们在作出精确计算和设计时不能忽略相应地区抗震防烈度。

4房屋基础隔震设计在我国的应用情况和前景展望

基础隔震的概念早在1881年就已提出，但其真正开始在工程上运用是到上世纪20年代才开始。而我国却是到了60年代才开始有学者关注这一技术，所以该技术的应用在我国起步较晚，不过经过不断的推广，目前国内已经有包括北京、天津、汕头、西安、南京、深圳等在内的地方进行了基础隔震技术工程的试点建设和推广。但是我们发现在西部，这一技术的应用并不充分，而我国西部一些人口密集的城市地处地震带，汶川、玉树的地震给我们提了个醒，我们应该重视推广该技术的应用辐射地区，特别是西部地区。

参考文献：

[1]张文福.房屋基础隔震的概念与设计方法.石油规划设计.1998年第3期

[2]岑巍.浅述房屋基础隔震技术的应用.山西建筑.2010年第20期

[3]张立涛.橡胶隔震支座与滑移隔震支座并联的基础隔震体系研究.硕士论文.2005年3月

[4]倪文军.房屋建筑基础隔震结构设计初探.管理观察.2010年第12期

结构隔震技术的基本思路和发展概况：

结构隔震技术，就是在建筑物的基础、上部结构之间，用橡胶支座和其他隔震装置设置一道“隔震层”，通过隔震层的变形和损坏消耗大部分地震能量，只有少部分能量向上部结构传递，相当于延长了结构本身的振动周期，保证建筑物在遇到强烈地震时不出现倒塌和严重破坏，有效降低地震的损害。

1、由单一隔震元件组成的隔震体系向多功能混合隔震体系发展，从单一的水平隔震到三维隔震，从基础隔震到层间隔震都将成为未来发展方向。

2、在产品开发方面将进一步开发高性能、高稳定性的隔震装置，橡胶支座方面开发适用于高层及大型公共建筑的大直径橡胶隔震支座、高阻尼橡胶隔震支座、滑板支座以及低成本的适用于农村民居的隔震支座。除橡胶支座外，随着新材料的研发，开发其他新材料隔震支座，包括摩擦摆隔震支座（FPS）等。

3、隔震技术应用方面，逐步由多层隔震向高层和大跨建筑隔震发展，从单一建筑隔震向街区整体隔震甚至城市整体隔震发展，隔震技术用于既有建筑抗震加固与改造也具有很好的应用前景。开发简单易行、经济适用的隔震装置解决农村民居抗震问题也是未来减轻地震灾害的重要途径。

扩展资料：

我国建筑隔震技术的研究和应用水平还有待提高，建筑隔震技术从设计、产品开发及施工技术等方面与发达国家相比尚有一定的距离，隔震技术的发展正处于发展成长期。

结构隔震技术的理论研究日趋成熟并且发展出了多种隔震方式，如基础隔震、层间隔震、局部隔震等；按支座形式又可分为悬挂隔震、滑动隔震、摩擦滚摆隔震等。

在众多的隔震技术中对于橡胶支座隔震的研究处于核心地位。橡胶支座隔震技术是世界上发展最成熟、应用最广泛的隔震技术，隔震效果也最为显著。

自上个世纪以来，全球发生了多次对结构抗震设计理论产生严峻挑战的破坏性地震。近两年来，我国各地地震频发，四川汶川、青海玉树的高震级地震，给人们的财产及生命造成了巨大的损失，给我们国家的经济发展带来了不可估量的破坏。加强房屋建筑的抗震能力，对减轻地震灾害造成的人员伤亡而言，即使不是唯一途径，也应当是主要途径。房屋有没有抗震设计，具不具备抗震性能，其结果是不一样的。因为只要房屋建筑在地震中能够不倒塌，所造成的人员伤亡就会很小。我国抗震设计规范对房屋抗震能力有明确的规定，即“小震不坏、中震可修、大震不倒”。随着生产技术的发展和生活水平的提高，人们对房屋结构的抗震技术提出了更高的要求。房屋抗震标准已成为购房者置业参考的一个重要因素。《中华人民共和国防震减灾法》规定：新建、扩建、改建建设工程，应当达到抗震设防要求。应当按照地震烈度区划图或者地震动参数区划图所确定的抗震设防要求进行抗震设防。对于医院、学校等一些人员密集场所的房屋建设工程，应当按照高于当地房屋建筑的抗震设防要求进行设计和施工，同时采取有效措施，增强抗震设防能力。一、我国房屋建筑的结构形式目前，我国房屋建筑的结构形式主要有以下几种：（1）以砖石为主要建筑材料的砌体结构；(2)以钢筋混凝土为主要建筑材料的钢筋混凝土框架结构、钢筋混凝土框架—剪力墙结构、钢筋混凝土剪力墙结构；（3）以钢材为主要建筑材料的钢结构框架以及钢与钢筋混凝土的组合结构。其中，砌体结构和框架结构多见于多层建筑，钢筋混凝土剪力墙结构多用于高层住宅；框架结构或框架—剪力墙结构多用于公共建筑，砌体结构或钢筋混凝土剪力墙结构则多为住宅。上述各种结构形式的抗震性能（指结构在大震和小震下的表现各不相同）各有千秋，框架—剪力墙结构和钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能较好，而框架结构和砌体结构的抗震性能相对差一些。如何更好地增强房屋建筑结构的抗震性能，特别是在罕遇的强震作用下的防倒塌能力，应是建筑工程抗震研究的重点。二、房屋建筑抗震技术的应用近年来，随着科学技术的发展，新思想、新材料、新技术得到了大量的应用，这大大丰富了提高建筑抗震性能的手段，提高了构件的极限承载能力，降低了结构的自重，并更有效地减轻了地震所带来的灾害。其中，隔震和消能减震就是建筑结构减轻地震灾害的两种技术。1、隔震技术。目前，国际上较热门的工程抗震新技术就是隔震技术，它是通过把如橡胶隔震垫等隔震消能装置安放在结构物底部和基础（或底部柱顶）之间，来隔开上部结构和基础，从而改变结构的动力作用和动力特性，有利于减轻结构物的地震反应。实践证明，隔震技术具有很大的垂直承载力及垂直压缩刚度，具有足够大的初始刚度及较小的水平变形刚度，能够抵抗风荷载和轻微地震，且耐久性好，使用寿命长，因此，主要适用于较重要的如学校、医院、商场、科研机构及重要的指挥职能单位的低层和多层建筑。2、消能减震技术。消能减震技术主要用于高层或超高层建筑，其原理是指在建筑结构的某些部位，如节点、剪力墙、支撑、连接件或连接缝等，设置消能元件，通过消能装置产生摩擦非线性滞回变形耗能来耗散或吸收地震能量以减小主体结构的水平和竖向地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，以达到减震抗震的目的。虽然隔震技术和消能减震技术能够大幅度提高建筑结构的抗震性能，但因为施工较复杂，很难合理把握，因此，在实际运用中，还需要更加合理的设计及科学的施工，以保证房屋建筑具备优质的抗震性能。三、如何增强房屋建筑的抗震性能1、合理设计设计单位应当按照抗震设防要求和工程建设强制性标准进行抗震设计，并对抗震设计的质量以及出具的施工图设计文件的准确性负责。首先，房建场地的选择应避开地震时可能发生地基失效的松软场地，应选择坚硬场地。其次，综合运用抗震原则，以刚度、承载力和延性为主导目标，多道防线刚柔结合，使结构具有多道支撑和抗水平力的体系，同时保证结构体型简单，结构传力和受力途径直接，整体结构和结构构件共同作用。第三，设计中要力图使从地基传入结构的振动能量为最小，使结构具备足够大的、适当的承载能力、延性和耗能能力，以及以减少地震作用下的位移和扭转的刚度。第四，结构布置要力求使刚度、质量、延性、几何尺寸等规整、对称、均匀，避免突然变化。另外，地震是一场灾难，为最大限度地保护人民以及整个社会的利益，确保我国国民经济持续稳定增长，建筑行业在考虑增强房屋建筑抗震能力的同时，也应高度重视由地震引发的次生灾害（最主要的就是火灾）及地质灾害。因此，房屋设计中有必要增加结构抗火设计，同时基础和地基的设计也应充分考虑到地基变形对房屋安全的影响。2、正确施工合理的抗震设计必须通过高质量的施工才能起到抗御地震的作用，只有把好抗震设计和施工两道关才能有效地提高建设工程的抗震性能。施工图审查单位应当将房屋建筑抗震设防作为专项审查内容，对施工图抗震设防质量负责。建设单位、施工单位应当选用符合施工图设计文件和国家有关标准规定的材料、构配件和设备。施工单位应当按照施工图设计文件和工程建设强制性标准进行施工，并对施工质量负责。工程监理单位应当按照施工图设计文件和工程建设强制性标准实施监理，并对施工质量承担监理责任。3、房屋加固对房屋建筑进行加固改造，也是增强房屋建筑抗震性能的有效手段。对于木结构房屋的抗震加固应根据实际情况，采取减轻屋盖重力、加强构件连接、加固木构架、增砌砖抗震墙、增设柱间支撑等措施；对于土石墙房屋的加固，则可根据实际情况采取加固墙体、加强墙体连接、减轻屋盖重力等措施；对于多层砌体结构的加固，则可采取拆砌或增设抗震墙、修补和灌浆、外加柱加固、面层或板墙加固、增设支撑或支架加固、柱、墙垛采用现浇钢筋混凝土套加固、设置钢拉杆、长锚杆、增设圈梁、构造柱等方法；对于多层钢筋混凝土结构的加固，则可采取单向框架宜加固为双向框架，或采取加强楼、屋盖整体性且同时增设抗震墙、抗震支撑等抗侧力构件的措施；框架梁柱采用钢构套、现浇钢筋混凝土套加固，或贴钢板加固；增设钢筋混凝土抗震墙或翼墙加固等方法。几十年来，对房屋建筑的抗震加固，除了传统的增设钢筋混凝土构造柱和圈梁、夹板墙、抗震墙、钢支撑、钢拉杆、钢构套，以及扩大受力构件截面等方法之外，还开发应用了高强钢绞线、高强结构胶、碳纤维布、聚合物砂浆等材料和预应力技术，使我国的建筑结构加固技术达到了国际先进水平。