组合隔震技术在建筑结构中应用研究

组合隔震技术在建筑结构中应用研究

刘小换  谢宇琦  陈维杰

广州科技职业技术大学 510550

【摘要】随着社会经济的不断发展，人们对建筑的需求已经不再仅仅满足于居住功能，而是对建筑的稳定性、安全性和舒适性提出了更高的要求。地震作为一种常见的自然灾害，对建筑的破坏力极大。因此，如何有效地提高建筑的抗震性能成为了建筑领域研究的重点。组合隔震技术作为一种新型的抗震技术，近年来受到了广泛关注。本文旨在探讨减震-隔震联合使用的组合隔震技术在建筑中的应用研究，以期为建筑抗震设计提供有益的参考组合隔震技术原理及应用领域。

【关键词】建筑结构； 组合隔震； 地震

地震是地壳快速释放能量过程中造成的振动，是一种严重威胁人类生命财产安全的灾害性自然现象，具有一定的突发性和难以预测性。据统计，世界各地每年发生地震近500万次，平均每天多达1.37万次，7级以上的地震平均每年大约发生18~19次，5到6级的每年则发生数以百次，这些强震一旦发生便造成巨大的经济损失、人员伤亡以及城市建设、交通运输的严重破坏[1]。

为了减小地震带来的危害与损失，国内外工程科技人员提出了多种减震措施，随着研究的深入，应对地震灾害的设计理念和和技术也在不断完善，对于一个结构体系，不仅只采用一种单一的技术达到减震的目的，也可将各种技术相结合从而形成混合控制体系。本文旨在探讨减震-隔震装置联合使用的组合隔震技术在建筑中的应用研究，

以期为建筑抗震设计提供有益的参考组合隔震技术原理及应用领域。

1 工程抗震的发展

1.1 传统抗震方法

传统抗震方法是通过调整结构构件自身的刚度，以结构自身的“刚性”来抵御地震作用，即“以刚克刚”。我国建筑抗震规范[2]采用 “三水准”设防目标，保证结构自身的抗震性能，最大限度地限制和减轻结构的地震破坏，其简单概述为“小震不坏，中震可修，大震不倒”。为了实现建筑的设防目标，规范采用了“两阶段”设计方法，第一阶段设计，即在小震作用下，结构的构件的承载能力和弹性变形能够满足设计要求，结构处于弹性工作状态；第二阶段设计，即在大震作用下结构进入弹塑性阶段，产生较大的变形，但仍在允许的范围内，从而保证建筑结构能够实现大震不倒的目标。

但是由于传统的抗震结构不具备自我调节与实时控制的能力，当遭遇到稍大一些的地震时，结构往往会产生严重破坏，甚至倒塌，造成重大的经济损失和人员伤亡。

1.2 工程结构减震控制

结构减震控制是指在结构的特定部位装设某种装置（如隔震支座等），或者某种机构（如阻尼器、消能支撑、消能剪力墙等），或者某种子结构（如调谐质量等），或者施加外力（如输入外部能量等），从而使结构的动力特性或动力作用发生改变[3]。

按照是否需要能源的输入可将工程减震控制分为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制四类[4]。

1.3 隔震技术

隔震技术就是用隔震装置来隔离或减少地震带给结构冲击作用，隔震结构是指在建筑物的某一部位设置隔震支座，以延长建筑物的自振周期、增加结构的阻尼，从而减少传递到上部结构的地震能量，达到预期的抗震要求。通常隔震技术按隔震层的位置不同，又可分为基础隔震和层间隔震。

基础隔震：基础隔震技术主要是通过在建筑物的基础和上部建筑结构之间设置竖向刚度较大、侧向刚度较小且变形能力很大的隔震支座，形成隔震层，利用隔震支座的耗能来减小传递到上部结构的地震能量，以此来降低上部结构的地震响应，从而提高上部结构的抗震安全性能。

层间隔震：是指将隔震层设置在基础之上的某一层柱顶与楼面之间，通过隔震支座来隔离或耗散地震能量，以避免或减少地震能量向上部结构的传输，从而使结构地震响应减小，实现地震发生时建筑物只发生较轻微的运动或变形，保障建筑物的安全。

1.4 消能减震技术

消能减震技术指在结构中把结构的非承重构件更换过这些构件的滞回耗能以耗散，从而减轻结构在外界荷载作用下的反应。消能减震装置一般分为位移相关型消能器、速度相关型消能器以及其他相关型消能器。消能减震技术具备施工简便，造价不高，在各类重要的建筑、桥梁都具有很好的应用价值，已吸引了工程界越来越多的关注。

2. 组合隔震技术

随着消能减震结构和隔震结构在实际工程中的广泛应用，一些学者和设计人员[5]发现减震和隔震装置联合应用相较于单一的减震和隔震装置应用更能有效地提高结构的抗震性。减震-隔震装置联合使用的组合隔震技术是在隔震结构的基础上在加入消能阻尼器，既能弥补单独消能减震设计抗震效果不好，又能弥补隔震结构隔震层位移太大的问题。

目前，减震-隔震装置联合使用的组合隔震设计主要是以下4 种布置方式[6]：隔震层设置消能减震器、基础隔震结构的上部结构设置消能减震器、层间隔震结构下部加消能减震器、层间隔震结构的上部加消能减震器。

3. 组合隔震技术的优点和发展趋势

采用组合隔震技术可以提高建筑物的抗震性能，减少地震对建筑物造成的破坏。不仅可以减少地震带来的生命和财产损失，还可以降低灾后修复和重建的成本。与传统抗震技术相比，组合隔震技术具有更高的性价比和社会经济效益，相关研究表明，将黏滞阻尼器布置在隔震层，能有效地减小大震下隔震层的位移，采用减震-隔震混合应用技术的组合隔震结构的减震效果优于单独使用减震或隔震技术的结构。

虽然组合隔震技术在建筑中已经得到了实际应用，但仍存在一些问题和局限性。例如，目前隔震支座和阻尼器的设计仍存在一定的难度需要进一步提高其性能和稳定性。未来，随着科技的不断发展，组合隔震技术有望在以下几个方面得到进一步发展和改进。

（1）新型材料的研发:利用新型材料 (如碳纤维复合材料)制作隔震支座和阻尼器，以提高其性能和稳定性。

（2）智能化技术的应用:通过智能化技术对隔震系统进行实时监测和调控，提高建筑的自适应能力。

（3）多学科交叉融合:将组合隔震技术与结构优化、智能控制等领域进行交叉融合，以实现更高效的抗震效果。

4.结论

组合隔震技术作为一种新型的抗震技术，在建筑中具有广泛的应用前景。为了更好地推广和应用该技术，需要加强对其基本原理和关键部分的研究。同时，应加强多学科交叉融合和智能化技术的应用，以提高建筑的抗震性能和稳定性。最后，应加强组合隔震技术的宣传和培训工作，提高其在建筑行业中的认知度和应用率。

参考文献

[1]胡聿贤. 地震工程学[M]. 北京：地震出版社，1988.

[2]中华人民共和国行业标准（GB50011—2010）. 建筑抗震设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]周福霖. 工程结构减震控制[M]. 北京：地震出版社，1997.

[4]欧进萍. 结构振动控制—主动、半主动和智能控制[M]. 北京：科学出版社，2003.

[5]朱绪林,林明强,高蕊，等.中国建筑结构减隔震技术应用研究进展[J].华北地震科学,2020,38(4):86-91.

[6]丁洁民,涂雨,吴宏磊,等.减隔震组合技术在高烈度抗震设防区的应用研究[J].建筑结构学报,2019,40(2):77-87.