隔震技術

實例1：1994年洛杉磯6.7級地震，31座醫(yī)院嚴重破壞，9座醫(yī)院局部破壞而疏散，USC University 醫(yī)院為地下1層，地上7層的隔震結構，地震中絲毫未損，沒有一個花瓶摔下，醫(yī)院周圍建筑物普遍嚴重破壞，醫(yī)院屋內人員竟然未意識到發(fā)生了強烈地震，各種設備未損壞，醫(yī)院功能得到維持，成為救災中心，對震后緊急救援起到了十分重要的作用。而距離1公里外的洛杉磯中心醫(yī)院造成損失達3.89億美元。

實例2：1995年日本阪神7.2級地震中，有2幢隔震結構建筑取得了地震觀測記錄。西部郵政大樓建筑面積46000平方米，6層，是日本最大的隔震建筑。地震記錄觀測地面1層水平方向的最大加速度只有基礎的1/3-1/4，該建筑震后完好，設備無損，在救災中發(fā)揮了較大作用，隔震效果得到了充分發(fā)揮。Matsumura-Gumi 研究所大樓為3層隔震樓，該大樓和毗鄰的管理大樓為3層非隔震樓，兩棟都得到了地震觀測記錄。隔震樓1層最大加速度值比基礎減小，而非隔震樓屋面最大加速度比隔震樓大2-5倍。

實例三：1994年臺灣集集7.3級地震,汕頭市烈度為6度,種類房屋搖晃厲害，居民驚慌失措，水桶里的水濺出了1/3左右，而陵海路隔震樓上的人無震感，不知道地震發(fā)生。

實例四：1995年云南武定6.5級地震，地震發(fā)生時，大理震感強烈，而橡膠墊隔震建筑-大理州交通指揮中心大樓中的大多數人沒有感覺，不知道地震發(fā)生。

實例五：1996年，云南麗江發(fā)生7級強烈地震。西昌市國稅局宿舍樓為六層隔震樓。在樓上居住的職工，只是感到輕微的晃動，而相鄰的一幢常規(guī)抗震樓只有四層高，樓上居住的人搖晃十分厲害，驚慌失措往外逃跑。

實例六：2013年4月20日四川雅安發(fā)生7.0級地震以后，采用隔震技術修建的蘆山縣人民醫(yī)院外觀完整且受損較小引起人們關注，已然成為“樓堅強”的代言人，它的秘密在于地基部分的“彈簧緩沖”。

由于我省地震頻度高、震級大、分布廣、災害重，地震為全國平均水平的五倍，災害損失約占全國的一半。1993年8月，和志強省長率省政府代表團出訪馬來西亞，與馬方簽定合作意向書，聯合開發(fā)防震技術和材料。12月，"隔震橡膠支座開發(fā)研究"被列入云南省政府重點"八五"科技攻關項目，由云南省橡膠制品研究所、省地震工程研究院、省設計院、云南工業(yè)大學組成課題組進行攻關研究。

"隔震橡膠支座開發(fā)研究"項目于1998年通過了省科委驗收，達到國際先進水平，1999年評為科技進步三等獎，2000年課題組被評為建設部科技進步先進集體。橡膠支座具有1、豎向承載能力大，豎向極限承載力分別是甲、乙、丙三類建筑豎向平均壓應力限值的10、12、14倍。支座破壞后其承載力仍可達極限承載力的58%。2、水平剛度大，控制位移能力強，解決高烈度區(qū)應用難題。3、支座屈服剛度大，支座整體位移因豎向壓力導致的時變形較小。4、支座的耐老化性能好，使用壽命長，80年使用后仍可繼續(xù)使用。

國內最大隔震建筑——北京新機場

北京新機場的地下是快捷的軌道交通。飛速駛過的列車，會對航站樓造成影響。

北京新機場航站樓采用先進的組合隔震技術，設置1232個橡膠隔震支座和彈性滑板支座，大幅度提高航站樓結構的抗震性能。

新技術將有效降低底部軌道震動對上部結構的影響，解決超大超長混凝土結構裂縫控制的技術難題。

基礎隔震技術是在建筑上部結構與地基這間采用柔性連接，設置足夠安全的隔震系統(tǒng)，由于隔震層的"隔震"、"吸震"作用，地震時上部結構作近似平動，結構反應急僅相當于不隔震情況下的1/4-1/8（強震觀測結果可達1/2-1/16），從而"隔離"了地震，通俗地說：使用隔震技術的房屋經歷8級地震的震動僅相當于5.5級地不僅達到了減輕地震對上部結構造成損壞的目的，而且建筑裝修及室內設備也得到有效保護。在諸多隔震系統(tǒng)中，隔震橡膠支座是世界研究和應用的主流，在美國、日本等多震國家廣泛應用，云南省的昆明市、思茅、臨滄、版納等市州的部分高層建筑推廣應用。

國內外所有使用疊層橡膠支座隔震房屋，經過多次強烈地震的考驗，隔震效果良好，抗震性能顯著。

由于該技術具有廣泛的應用前景，產品優(yōu)越、質量可靠、技術成熟，1999年云南省建設廳下達了"關于在抗震設防區(qū)優(yōu)先采用我省生產的隔震橡膠支座的通知"文件（云建科[1999]第667號），并在省建設廳"十五"計劃中要求：在高設防烈度區(qū)，應用隔震技術的新建建筑要達到總新建建筑的10%。國家標準《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2001對隔震橡膠支座的應用也作了具體規(guī)定。

從隔震技術應用于建筑工程的實際效果來看，對于8度及其以上抗震設防區(qū)的高于六層建筑，應用隔震技術后，設防烈度可降低2度，從而可以節(jié)約投資成本，10000平方米左右的9層建筑僅鋼筋就可以節(jié)約100多萬元的投資；同樣按規(guī)范設計的建筑，應用隔震技術房屋設防目標高，安全性明顯提高；對于政府首腦機關、高層商品房住宅、生命線工程、容易產生次生災害的重要建設工程，應用隔震技術可以提高建筑安全性；對于設有地下室的建筑，應用隔震技術，其投資/效益比更加提高。

作為成熟的工程應用技術，隔震技術已在國內外包括美國、日本等發(fā)達國家廣泛應用，世界最大的隔震建筑是美國舊金山國際機場。云南生產的隔震橡膠支座幾年來在云南建筑上已有44棟建筑物使用。用戶反映良好，在其附近地區(qū)發(fā)生地震時震感比周圍建筑明顯減少，沒有任何一個支座出現異常現象。麗江東大房地產開發(fā)有限公司擬建的麗江市".COM國際公寓"（雪山中路移動公司大樓北側）建設項目中也準備應用隔震橡膠支座技術。該技術由云南省地震工程研究院負責組織實施。

在我國，云南省是地震頻發(fā)的省份，也是建筑隔震技術運用最為廣泛的省份。

云南省人民政府令第202號

《云南省隔震減震建筑工程促進規(guī)定》已經2016年8月2日云南省人民政府第92次常務會議通過，現予公布，自2016年12月1日起施行。

1　基礎隔震技術的發(fā)展與現狀

1．1　基礎隔震技術的早期階段

1909年，美國的J.A.卡蘭特倫茨提出了另外一種隔震方案，即在基礎與上部建筑物之間鋪一層滑石或云母，這樣地震時建筑物會發(fā)生滑動，以達到隔離地震的目的．

1921年，美國工程師F．L．萊特在設計日本東京帝國飯店時，有意用密集的短樁穿過表層硬土，直接插到軟泥土層底部，利用軟泥土層作為隔震層．1923年關東大地震發(fā)生，附近同類建筑毀壞嚴重，但這個建筑卻保持完好．

1924年，日本的鬼頭健三郎提出了在建筑物的柱腳與基礎之間插入軸承的隔震方案．1927年，日本的中村太郎論述了加裝阻尼器吸能裝置，在隔震理論方面進行了有益的探索．

在這一階段，雖然有了清晰的隔震概念和一定的隔震理論基礎，但限于當時的水平與條件，基礎隔震技術的應用未被很好地研究與開發(fā)．

1．2　基礎隔震技術的現代階段

隨著地震工程理論的逐步建立以及實際地震對結構工程的進一步考驗，特別是近二三十年來，由于采用大量的強震記錄儀對地震進行觀測，使人們較快地積累了有關隔震及非隔震結構工作性能的定量化經驗，從而對早期提出的一些隔震方法進行了淘汰與升華．其中疊層橡膠墊基礎隔震體系被認為是隔震技術邁向實用化最卓有成效的體系．

1984年新西蘭建造了世界上第一幢以鉛芯疊層橡膠墊作為隔震元件的4層建筑物．1985年美國建成第一座4層的疊層橡膠墊隔震大樓加州·圣丁司法事務中心．1986年日本又建成一幢5層高技術中心樓，采用鉛芯橡膠墊．世界上大約有30多個國家在開展這方面的研究，這項技術已被應用在橋梁、建筑，甚至是核設施上．世界上大約已建成了3100多幢基礎隔震建筑，其中80%以上采用的是疊層橡膠墊隔震系統(tǒng)[1]．

80年代以來，基礎隔震研究開始在我國得到重視，國內不少學者對國際上流行的基礎隔震體系進行了研究，取得了較大的進展．現在，我國已建造了2000余幢各類基礎隔震體系的建筑物，有疊層橡膠墊隔震體系、砂墊層滑移摩擦體系、石墨砂漿滑移體系、懸掛隔震結構體系等，其中絕大多數采用的是粘結型疊層橡膠墊隔震體系．現代隔震技術經歷了30年的歷程，得到了廣泛的應用，隔震技術的應用程度在日本等國家，已經成為建筑的主導；我國將在2008年（在應用面積上）首次超過日本。

2　疊層橡膠墊體系的隔震原理

對建筑物地震反應有重要影響的主要因素有兩個：一個是結構的周期，一個是阻尼比．普通非隔震中低層建筑物的剛度大、周期短，其基本周期正好在地震輸入能量最大的頻段上．因此相應的加速度反應比地面運動放大得多，而位移反應卻較?。绻娱L建筑物的周期，而保持阻尼不變，則加速度反應被大大降低，但位移反應卻有所增加．如果繼續(xù)加大結構的阻尼，加速度反應則繼續(xù)減弱，且位移反應也得到明顯降低．這就是說，通過延長結構的周期并給予較大的阻尼，就可使結構上的加速度反應大大降低．同時，對結構產生的較大位移可由上部結構底部和基礎頂部之間設置的隔震層來提供，而不由上部結構自身的相對位移來承擔．這樣，上部結構在地震過程中就會發(fā)生接近平移的運動，大大提高了上部結構的安全度．

疊層橡膠墊基礎隔震體系的隔震層是由若干個隔震器所組成．隔震器包括疊層橡膠墊和阻尼器，分普通疊層橡膠墊、鉛芯橡膠墊和高阻尼橡膠墊．這種隔震體系的周期長、阻尼比大，隔震效果明顯．尤其采用后兩種隔震器，不需再另外附加阻尼器，便于施工．

3　疊層橡膠墊基礎隔震體系的性能評價

在諸多基礎隔震體系中，通過大量的實驗和研究，根據國際上對隔震體系的評價標準，疊層橡膠墊隔震體系有下面一些性能優(yōu)勢：

1) 該體系的豎向承載力大．一般單個的隔震器豎向承載力設計值可達數千噸，極限承載力可達上萬噸．

2) 該體系的隔震層具有穩(wěn)定的彈性復位功能，能在多次地震中自動瞬時復位．這是摩擦滑移隔震體系所完全不能相比的．

3) 隔震器的耐久性好，抗低周疲勞性能、抗熱空氣老化、抗臭氧老化、耐酸性、耐水性均較好．通過對產品試件的各類性能測試，其使用壽命在60～80年[2]．最近日本曾將一幢使用了10年之久的疊層橡膠墊基礎隔震樓中的隔震器更換下來進行各類性能測試，結果發(fā)現，其各類指標與10年前相比，幾乎沒有什么變化．

4) 隔震效果明顯，其加速度反應大大低于非隔震結構，且理論分析結果與實驗結果比較吻合．如日本東京一幢22.8 m高的鋼筋混凝土基礎隔震樓，在1987年12月17日千葉近海發(fā)生的6.7級地震中，實測地面加速度為43.8 cm/s2，而樓頂的最大加速度僅為11.9 cm/s2．在疊層橡膠墊基礎隔震體系課題的研究過程中，通過對4種不同類型結構隔震體系的分析與計算，可看出抗震設防烈度為8度的地區(qū)，若采用疊層橡膠墊基礎隔震體系，上部結構的設防烈度可降低1～2度，且有較大的安全儲量．

5) 與其它隔震體系相比，隔震器受地基不均勻沉降的影響并不十分明顯，且構造簡單、安裝方便，傳力方式簡單明確．

盡管疊層橡膠墊隔震結構有諸多明顯的優(yōu)點，但在研究過程中發(fā)現，該體系在動力性能方面要求相當嚴格，不論從設計還是到施工，都與傳統(tǒng)的非隔震結構有很大的區(qū)別．為了保證分析與計算結果的可靠性，分別采用4條途徑分析了不同類型的4種結構體系的動力響應，發(fā)現：

1) 疊層橡膠墊基礎隔震結構的動力特性，不但隨結構體系的類型不同而變化，而且與隔震器安裝位置的不同也有很大關系．因此，在設計時不但要對其進行專門的概念設計，而且應從多角度進行動力分析，合理、準確地把握其動力響應，才能保證做出安全、可靠的設計．

2) 在隔震結構中，為了真正實現上部結構與地面的“隔離”，還需注意一些關鍵部位的構造處理．如底層樓梯與主體結構的隔離處理，上下水、煤氣、供暖及配電管道穿越隔震層時的柔性化問題等，有一方面疏忽都會在地震中帶來巨大的災難．

3) 除此之外，疊層橡膠墊基礎隔震體系的隔震層對施工的要求是比較嚴格的．隔震層的位移不能受任何原因的干擾和約束，施工時不能損傷隔震器及其附件，并要求隔震器安置有較高的水平度，以確保地震時隔震層能發(fā)生水平位移并瞬時復位．

4　結論

1) 由于疊層橡膠墊隔震體系具有豎向承載力大、彈性復位功能強、隔震效果明顯等性能優(yōu)勢，因此在設計中，對傳統(tǒng)樓房的高度限值和安全距離等限制條件均可適當放寬．

2) 研究結果表明，疊層橡膠墊基礎隔震體系上部結構的設防烈度可降低1～2度，且仍有較大的安全儲量．

3) 雖然隔震體系要增加一層隔震層，似乎造價有所增高．但隨上部結構設防烈度的降低而節(jié)約的造價，可用于建造隔震層．因此，對整個隔震建筑的工程造價來說，和同類非隔震建筑相比，造價會在—5~ 5之間浮動．如果把建筑物全壽命及地震時建筑結構的破壞、內部財產的損失、人員傷亡以及建筑物損壞造成的停工停產所帶來的損失加起來，該基礎隔震體系的經濟效益和社會效益十分巨大，是一種極具推廣和應用的新技術．

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