隔震建筑結構設計　　近代的基礎隔震技術(shù)基本上可分為兩大類(lèi),即彈性隔震和基礎滑動(dòng)隔震。在彈性隔震中,疊層鋼板橡膠墊隔震技術(shù)應用最多。這類(lèi)隔震方案主要是在房屋底層與基礎頂面之間增設一個(gè)側向剛度很低的隔震層,使在地震過(guò)程中整個(gè)結構體系的周期變長(cháng),變形集中在底層,上部結構基本上是剛性運動(dòng)。但主要用于隔震水平地震動(dòng),對于豎向震動(dòng)則幾乎沒(méi)有隔離作用;另一方面,這種隔震體系實(shí)際上是在地震時(shí)對上部結構起著(zhù)低通濾波的作用,地震中的中高頻成分幾乎全部可以濾掉,但并不能完全避免結構共振。

　　1 隔震技術(shù)

　　隔震技術(shù)不僅在新建工程中獲得應用,而且已用于現有建筑的抗震加固改造。隔震裝置可安裝在結構的防火層或設備層,隔震層可設置在結構的不同部位,如基礎、中間層等,也可設置在房屋的頂層,同時(shí)起到結構加層和抗震加固的目的。由于傳統的加固改造技術(shù)對結構震后的性能和不可靠程度缺乏準確地了解,故較難達到強度和延性的合理匹配。采用隔震技術(shù)對結構進(jìn)行加固改造,通過(guò)在隔震層設置剛度很小的隔震裝置,將地震變形集中到隔震裝置上,相對于依靠結構本身的較高強度和較低變形來(lái)吸引地震能量而言,隔震結構的周期和阻尼都有很多的提高,故加速度和位移反應明顯降低。同時(shí),耗能減震加固改造技術(shù),智能材料加固改造技術(shù),以及吸振減震加固改造技術(shù)等開(kāi)辟了房屋加固改造的新途徑。

　　2 隔震建筑的形式

　　2.1基礎隔震

　　基礎隔震是建筑抗震新技術(shù)家族中的佼佼者,大量試驗研究及多次強震實(shí)踐表明,基礎隔震以其極少的投資換取很大的安全系數�；�礎滑動(dòng)隔震效果受地面運動(dòng)頻率特性的影響較小,幾乎不會(huì )發(fā)生共振現象。

　　所謂基礎隔震,就是在建筑物的基礎與上部結構之間增設高度很矮, 具有足夠可靠性的隔震層,控制地面運動(dòng)向上部結構傳遞,地震時(shí)其能量可反饋到地面或由隔震層吸收,以大大減小結構及構件的地震反應,確保建筑物的整體安全,其內部設備不發(fā)生破壞或喪失使用功能,室內人員不遭受傷害也不會(huì )有強烈震感。同時(shí),還可防止結構內部的次生災害。主震后無(wú)需避震疏散,即使發(fā)生罕遇大震隔震房屋也不會(huì )倒塌。

　　在其中使用的橡膠隔震墊不僅有良好的隔震性能,而且該技術(shù)在造價(jià)方面也有其優(yōu)越性。隔震結構與一般結構相比,費用增加的部分包括:隔震構件、隔震層上面的樓面、設備管道的柔性接頭及相應的設計費用和施工費用。如果上部結構仍然按傳統的抗震設計,其總工程費用略有增加。

　　采用基礎隔震設計上應注意:(1)在建筑物周邊,隔震層部分要比基礎大一圈,因此場(chǎng)地要寬裕;(2)隔震層的周?chē)�設擋土墻,其上部有墻外狹道等,因此要確保地震時(shí)不因上部結構的移動(dòng)而帶來(lái)其它問(wèn)題;(3)方便檢查和更換隔震裝置;(4)為使設備管線(xiàn)適應隔震層的位移和變形,常采用柔性連接或球型接點(diǎn),但要考慮安放裝置及檢修的空間;(5)隔震建筑物與其它建筑物之間的聯(lián)系通道要適應相對變形,確保暢通無(wú)阻。

　　2.2中間層隔震

　　在基礎以上的中間樓層設置隔震層,下部結構同普通建筑物一樣直接與地基接觸,因此它不存在基礎隔震建筑的底部體積和墻體數量問(wèn)題,但隔震層以下的樓層需要做抗震處理。在市區場(chǎng)地不太寬裕時(shí),可把隔震層設計在地面以上,在空中變形有利于節約用地,同時(shí)也能有效減少地基的挖土量。

　　采用中間層隔震,設計上應注意:(1)為適應隔震層的移動(dòng)變形,該部分的建筑外墻應設水平縫,要考慮防水、隔音、防火等,也要注意立面的協(xié)調美觀(guān);(2)解決樓梯、電梯井、機器升降、設備管線(xiàn)等貫穿隔震層的問(wèn)題,并考慮防火區間的劃分;(3)便于檢查、更換隔震裝置及耐火材料等。隔震裝置布置和選取的一般原則為:(1) 隔震層具有適當的水平剛度,在強風(fēng)作用下,隔震層具有足夠的初始剛度,在較大地震作用時(shí),隔震層產(chǎn)生柔性變形,能大大減小水平地震作用;(2) 隔震層的水平剛度中心宜與上部結構的質(zhì)心基本一致;(3) 隔震裝置具有足夠的豎向承載力和水平變形能力,在發(fā)生大震時(shí),可安全穩定地支撐建筑物,不會(huì )出現失穩破壞,能發(fā)揮隔震功能;(4) 隔震裝置具有良好的自動(dòng)復位功能,在發(fā)生大震后,可基本復位到初始位置,當發(fā)生余震時(shí),可繼續有效發(fā)揮隔震作用;(5) 隔震裝置具有較大的豎向剛度,在設計豎向荷載作用下,豎向位移被控制在允許值以下;(6) 隔震裝置的剛度和阻尼具有較好的穩定性,在可能出現的荷載和溫度范圍以?xún)?其變化較小;(7) 具有良好的耐久性,具有良好的抗老化、抗疲勞、抗徐變等性能,在建筑物的使用期內能有效發(fā)揮隔震作用。

　　3 隔震結構控制理論

　　一種新的隔震設計理論—結構控制和控制結構理論。結構控制主要研究結構工程中控制裝置的設計理論、方法及其實(shí)施,控制結構是根據給定的條件將結構和控制裝置作為一個(gè)整體進(jìn)行優(yōu)化設計。

　　主動(dòng)控制由于制約因素多、造價(jià)昂貴等原因,應用研究尚處于開(kāi)創(chuàng )階段。被動(dòng)控制特別是其中基礎隔震技術(shù)的研究,已經(jīng)逐漸成熟,在工程應用中日漸廣泛。所謂基礎隔震,就是在結構底部與基礎頂面之間設置隔震層,使上部結構與固結于地基中的基礎分離,阻隔地震波向上部結構的傳播,使得輸入結構的能量或反饋入地基土層或被耗能元件吸收,從而大大減少結構的地震反應,保證建筑物的安全,乃至正常使用功能。

　　4 隔震建筑經(jīng)濟性

　　隔震建筑在振動(dòng)性能和抗震安全性方面提高了建筑結構的附加價(jià)值。因此,與以往建筑比較時(shí),應考慮附加價(jià)值進(jìn)行綜合評價(jià)。在考慮隔震建筑的造價(jià)時(shí),不僅要考慮其初始造價(jià),還要考慮其使用階段期間遭受地震損壞的維修、重建、內部物品的損壞和經(jīng)濟損失,在此意義上,隔震建筑具有很好的經(jīng)濟性。