王国祥 刘 彦 何 斌 柯 谱

(1.喀什大学土木工程学院，新疆 喀什 844008； 2.中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430000)



谈基础隔震技术的发展及存在的问题

王国祥1刘 彦2何 斌1柯 谱1

(1.喀什大学土木工程学院，新疆 喀什 844008； 2.中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430000)

介绍了基础隔震技术的发展历程，简述了隔震支座的类型与主要功能，从高层和超高层结构、长周期地震动、竖向隔震、隔震沟处理等方面，分析了隔震技术存在的问题，为隔震技术的研究奠定了基础。

基础隔震技术，隔震支座，隔震沟，地震作用

0 引言

基础隔震技术是通过在建筑物底部与基础顶面设置隔震装置，延长结构的自振周期，场地的特征周期一般在0.25 s～0.9 s之间，中低层抗震结构的自振周期一般为0.2 s～1.2 s，合理布置隔震支座，可以使隔震结构的自振周期延长至2 s～5 s，从而避开场地的卓越周期，而且有些隔震装置还加入了阻尼材料，在地震中通过阻尼材料耗散一部分地震能量，减少输入到建筑的地震能量，降低结构在地震作用下的损伤程度。

1 基础隔震技术的发展历程

有文献记载的最早提出隔震思想的是河何浩藏，他在1881年提出将并排圆木分层交错重叠成几层，其上浇筑混凝土形成相当厚的地基，然后再在该地基上建造房屋，从而减少地震能量向结构的传递。而在此之前，在世界范围内已存在一些具有隔震思想的建筑，比如我国的故宫，日本的法隆寺五重塔以及日本的镰仓大佛等。

1924年鬼头健三郎提出在基础与柱脚之间设置凹面皿形盘，皿形盘中夹入滚轴轴承的隔震方案。1927年中村太郎论述了利用地震能量的吸收设备来降低输入到结构的地震能量的必要性，他对阻尼的认识，正是之前的各种隔震方案所忽视的。1932年罔隆一申请了可摆动式铰接柱的专利，这种可摆动式铰接柱具有延长结构自振周期的功能，并将该专利运用于不动银行姬路支店和下関支店，这大概是世界首创的实用隔震建筑。1933年，在长滩首次测定了强震记录，1950年左右起，非线性振动理论以及现代分析方法日趋成熟，在这样的背景下，20世纪60年代后期至70年代，隔震研究走上了国际化、实用化的道路。

1966年英国的阿尔贝尼法院采用橡胶来防止地铁振动对建筑物的影响。在1969年南斯拉夫学者在柏斯坦劳奇小学工程中首次使用了中间未加钢板的隔震橡胶支座。1970年年初的法国、新西兰、美国等国家，对叠层橡胶支座进行了大量的性能试验，并在实际建筑物中使用，具有重要意义的是，20世纪80年代开始，各种阻尼耗能材料开始在结构中应用，比如William Clayton Building、郎格定克桥墩、新尼奥住宅楼、加利福利亚的市法院大楼等。

2 隔震支座的类型

2.1 普通叠层橡胶支座

普通叠层橡胶支座由橡胶层和钢板两部分组成，设置钢板是为了提高隔震支座的竖向抗压刚度，提高竖向承载力，而钢板的存在不会降低橡胶本身的柔韧性[1]。叠层橡胶支座的阻尼性能不是很好，耗能性能较差，所以可采用附加各类阻尼器或者使用高阻尼性能的橡胶支座来增加其耗能能力。

2.2 铅心橡胶支座

铅心橡胶支座是在普通叠层橡胶支座中心孔插入铅棒而形成的，铅棒很好的提高了隔震支座的耗能能力。铅棒的优点在于一旦发生蠕变就可以产生较大的阻尼，铅心橡胶支座不仅具有较小的水平刚度而且具有较好的耗能能力，铅心橡胶支座是用的比较广泛的一类支座。

2.3 高阻尼叠层橡胶支座

高阻尼叠层橡胶支座是通过在橡胶材料中加入一定量的石墨而构成的，石墨的量决定了阻尼的大小。高阻尼橡胶支座与铅心橡胶支座相似，不仅具有不错的耗能能力，滞回曲线比较饱满，而且水平刚度也较小。该支座最明显的优点是即使在小变形时也会产生较大的阻尼。

3 隔震技术具备的功能

隔震体系是在结构底部和基础之间设置隔震消能装置而构成的结构，隔震体系应具备以下几种功能：

1)水平刚度较小，能使结构在隔震层上柔性移动，使结构体系的自振周期大大延长，远离场地的卓越周期，从而能把地面运动隔离开，有效地降低结构的动力响应。

2)具有足够的水平向初始刚度，在风荷载或轻微的地震作用下，隔震层具有足够的弹性刚度，以满足正常使用的要求，当强震发生时，隔震层开始柔性移动，结构进入消能状态。

3)提供较大的阻尼，具有很好的耗能能力，滞回曲线包围的面积较大，隔震结构在强震时不会产生过大的水平位移。

4)具有很高的抗压刚度，使结构在地震时和平时使用时不会产生竖向的变形。具有一定的抗拉刚度，隔震支座不应在遇到竖向地震动时发生损伤。

4 隔震技术存在的问题

经过几十年的发展，隔震技术已经从理论研究逐步发展到实际应用阶段，并且经过了某些强震的考验，隔震结构具有其他结构形式无法比拟的优点。但是，这项技术仍然存在很多问题需要完善，以下课题需要研究。

4.1 高层和超高层结构中隔震技术的应用

高层和超高层结构本身具有较大的自振周期，采用隔震技术后，可进一步延长高层和超高层结构的自振周期，从而进一步避开场地的卓越周期，但是，高层和超高层结构采用隔震技术后，某些隔震支座的拉应力很可能超过规范的容许限制，开发出具有抗拉性能的隔震装置将使隔震技术进一步应用到高层和超高层结构。

4.2 考虑长周期地震动

隔震结构具有较大的自振周期，但是对于近断层地震动，具有较多的长周期地震动成分，而目前我们设计隔震结构时，没有考虑长周期地震动对隔震结构的影响，日本311大地震后，某些隔震结构因为受到加速度较大的长周期地震动而产生一定程度的损害。隔震结构设计时考虑长周期地震动成为必要[2]。

4.3 竖向隔震技术

随着强震观测数据记录的不断增多，学者们发现某些地震具有很大的竖向加速度分量，而结构设计时，只考虑了水平加速度地震动对结构的影响，没有涉及到竖向加速度[3]。隔震结构具有比较低的水平刚度，但是竖向抗压刚度与同尺寸的钢筋混凝土柱的抗压刚度相当，在地震时，橡胶隔震支座并没有起到隔离竖向地震动的作用，开发出具有竖向隔震功能的隔震装置是将来的发展趋势之一。

4.4 隔震沟的处理

隔震技术虽然应用比较广泛，但是隔震沟在某些地震后也暴露出了一些问题，最典型的问题是隔震沟约束了隔震结构的水平移动，导致减震效果降低[4]。比如庐山地震时庐山县人民医院，虽然此医院在地震后主体保存完好，但隔震沟由于限制了主体结构的水平移动，导致震后隔震沟破坏，减震效果降低。

5 结语

本文介绍了隔震技术的发展历程和几种常见的隔震支座以及隔震技术存在的一些问题，隔震技术作为一种日趋成熟的技术，能够很好的降低结构地震响应，采用设计合理的隔震体系，其直接和间接的经济效益以及社会效益都是非常可观的。可以预测，隔震技术将会成为未来结构工程师们广泛使用的抗震设计方法。

[1] GSID—3，Guide specification for seismic isolation design[S].

[2] Hiroyuki Tamai,Yoshikazu K.Pseudo-elastic behavior of shape memory alloy wire and its application to seismic resistance member for building[J].Computational Materials Science,2002,25(7):218-227.

[3] 杨一振.基础隔震框架结构的抗震性能研究[D].合肥：安徽建筑工业学院硕士学位论文，2011:35-84.

[4] 杨海旭，马伟文，蔡永明.具有NES的复合摩擦摆隔震性能有限元分析[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，2015(9)：1031-1036.

Discussion on base isolation technique developing and existing problems

Wang Guoxiang1Liu Yan2He Bin1Ke Pu1

(1.CollegeofCivilEngineering,KashgarUniversity,Kashgar844008,China; 2.ChinaCommunication2ndHighwaySurvey&DesignAcademyCo.,Ltd,Wuhan430000,China)

The paper introduces developing history of base isolation technique, briefly describes isolation bearing types and functions, analyzes problems existing base isolation technique from aspects of high-rise and super-high-rise building structure, long-term seismic vertical-isolation and isolating groove treatment, which has laid a foundation for studying isolating technique.

base isolation technique, isolation bearing, isolating groove, seismic action

1009-6825(2017)14-0035-02

2017-03-08

王国祥(1988- )，男

TU352

A