隔震建筑結構設計　　近代的基礎隔震技術基本上可分為兩大類,即彈性隔震和基礎滑動隔震。在彈性隔震中,疊層鋼板橡膠墊隔震技術應用最多。這類隔震方案主要是在房屋底層與基礎頂面之間增設一個側向剛度很低的隔震層,使在地震過程中整個結構體系的周期變長,變形集中在底層,上部結構基本上是剛性運動。但主要用于隔震水平地震動,對于豎向震動則幾乎沒有隔離作用;另一方面,這種隔震體系實際上是在地震時對上部結構起著低通濾波的作用,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

　　隔震技術不僅在新建工程中獲得應用,而且已用于現(xiàn)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,同時起到結構加層和抗震加固的目的。由于傳統(tǒng)的加固改造技術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。采用隔震技術對結構進行加固改造,通過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,耗能減震加固改造技術,智能材料加固改造技術,以及吸振減震加固改造技術等開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家族中的佼佼者,大量試驗研究及多次強震實踐表明,基礎隔震以其極少的投資換取很大的安全系數(shù)�；�礎滑動隔震效果受地面運動頻率特性的影響較小,幾乎不會發(fā)生共振現(xiàn)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,控制地面運動向上部結構傳遞,地震時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有強烈震感。同時,還可防止結構內部的次生災害。主震后無需避震疏散,即使發(fā)生罕遇大震隔震房屋也不會倒塌。

　　在其中使用的橡膠隔震墊不僅有良好的隔震性能,而且該技術在造價方面也有其優(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(tǒng)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,因此場地要寬裕;(2)隔震層的周圍設擋土墻,其上部有墻外狹道等,因此要確保地震時不因上部結構的移動而帶來其它問題;(3)方便檢查和更換隔震裝置;(4)為使設備管線適應隔震層的位移和變形,常采用柔性連接或球型接點,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(shù)量問題,但隔震層以下的樓層需要做抗震處理。在市區(qū)場地不太寬裕時,可把隔震層設計在地面以上,在空中變形有利于節(jié)約用地,同時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;(2)解決樓梯、電梯井、機器升降、設備管線等貫穿隔震層的問題,并考慮防火區(qū)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?shù)乃�平剛�?在強風作用下,隔震層具有足夠的初始剛度,在較大地震作用時,隔震層產生柔性變形,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,可安全穩(wěn)定地支撐建筑物,不會出現(xiàn)失穩(wěn)破壞,能發(fā)揮隔震功能;(4) 隔震裝置具有良好的自動復位功能,在發(fā)生大震后,可基本復位到初始位置,當發(fā)生余震時,可繼續(xù)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(wěn)定性,在可能出現(xiàn)的荷載和溫度范圍以內,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、方法及其實施,控制結構是根據(jù)給定的條件將結構和控制裝置作為一個整體進行優(yōu)化設計。

　　主動控制由于制約因素多、造價昂貴等原因,應用研究尚處于開創(chuàng)階段。被動控制特別是其中基礎隔震技術的研究,已經逐漸成熟,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 隔震建筑經濟性

　　隔震建筑在振動性能和抗震安全性方面提高了建筑結構的附加價值。因此,與以往建筑比較時,應考慮附加價值進行綜合評價。在考慮隔震建筑的造價時,不僅要考慮其初始造價,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濟損失,在此意義上,隔震建筑具有很好的經濟性。