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隔震技術

一、隔震原理

通過隔震裝置延長結構周期,從而避開地震能量相對集中釋放的頻段,改變結構的動力特性,再用耗能裝置來控制結構位移,全面減輕結構的動力響應。八十年代開始在建筑領域的實際應用,迄今已大量應用于醫院、設備中心、會展中心等公共建筑中,也用于高寬比不大于4 的多層建筑中。國內外大量試驗和工程經驗表明,隔震一般可使結構的水平地震加速度反應降低60%左右,從而消除或有效地減輕結構和非結構的地震損壞,提高建筑物及其內部設施和人員的地震安全性,增加了震后建筑物繼續使用的功能。

 

二、隔震特點

隔震設計通過隔震裝置,將上部結構的地震變形轉移到隔震層,隔震裝置吸收了大部分地震輸入的能量,從而保護了上部結構免遭地震破壞。隔震結構發揮效用的本質,是使隔震層隔絕地震動的短周期成分向上部結構傳遞,消除共振效應。疊層橡膠支座隔震層將隔震支座的彈性和阻尼器的塑形整合起來,成為一種高效的吸能機構。結構隔震加固設計,應根據建筑抗震設防類別、抗震設防烈度、場地條件、建筑結構方案和建筑使用要求,與采用原本抗震設計的方案進行技術、經濟可行性的對比分析后,確定最終設計方案。

三、適用范圍

隔震技術對低層和多層建筑比較合適。日本和美國的經驗表明,不隔震時基本周期小于1.0s 的建筑結構效果最佳,對于高層建筑效果不大。此時,建筑結構基本周期的估計,普通的砌體房屋可取0.4s,混凝土框架取T1 = 0.075H3/4,剪力墻結構取T1 = 0.05H3/4。

根據橡膠隔震支座抗拉性能差的特點,需限制非地震作用的水平荷載,結構的變形特點需符合剪切變形為主的要求,即滿足抗規5.1.2 條規定的高度不超過40m 可采用底部剪力法計算的結構,以利于建筑的整體穩定性。對高寬比大的結構,需進行整體傾覆驗算,防止支座壓屈或出現拉應力。國外對隔震工程的許多考察發現,硬土場地較適合于隔震房屋,軟弱場地濾掉了地震波的中高頻分量,延長結構周期將增大而不是減小地震反應,墨西哥地震就是典型的例子。日本的隔震標準草案規定,隔震房屋只適用于一、二類場地。我國大部分地區( 一區) Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類場地的設計特征周期均較小,故除Ⅳ類場地外均可采用隔震技術。

 

隔震技術在美國、日本等國應用較久,國內關于隔震技術也日漸成熟,新的抗震規范對于隔震的設計也有了專門的規定,因此在設計時有了比較充分的技術依據。

四、設計要點

1 隔震支座豎向剛、水平柔,設計必須采取措施保證水平精度。
2 為加強隔震支座的抗扭剛度,并充分發揮阻尼器的作用,位置應盡可能接近隔震層外圍。
3 隔震層設計時,隔震部件和消能減震部件應該遵循下列要求
a 隔震部件和消能減震部件的耐久性和設計參數應由試驗確定。
b 設置隔震部件和消能減震部件的部位,除按計算確定外,應采取便于檢查和替換的措施。
c 設計文件上應注明隔震和消能減震部件性能要求,安裝前應對各種類型和規格的原型部件進行抽樣檢測,每種類型和規格的數量不應少于3 個,合格率應為100%。
d 隔震設計應根據預期水平向減震系數和位移控制要求,選擇適當規格的隔震支座( 包含阻尼器) 及為抵抗地基微震動與風荷載提供初剛度的部件組成結構的隔震層。

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