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摘要：我国是一个地震多发国，且以浅源地震为主，为确保结构的安全性、适用性、安全性，需要较为成熟的抗震技术。抗震规范将基础隔震编入新的抗震设计规范，对于新概念层间隔震并没有较为明确的技术指导，本文旨在分析层间隔震相对基础隔震的优缺点，为层间隔震的合理应用提供一定的理论参考。
关键词：隔震体系；基础隔震；层间隔震；地震效应
引言
震源深度在60km以内的被称为浅源地震，相对于中源地震与深源地震，其对地表影响巨大。近年来，我国地震频发，且记录到6级以上的强震震源深度大多在十几公里，属于浅源中的浅源。传统的抗震技术已不能满足当今的抗震需求，新的抗震技术应运而生。其中隔震技术发展较为成熟。
1.隔震机理概述
所谓结构的隔震，就是将上部结构和下部结构通过设置隔震支座的方式进行隔断，阻止地震作用向上传递。隔震体系的工作原理可以简化成图1所示。
图1 地震作用下的隔震体系
图示可以看出，隔震支座设置在上部结构和下部结构中间，隔震支座具有一定的水平刚度和较大的阻尼。地震作用时，大部分侧向位移集中在隔震支座上，而上部结构近似于平动，大大减小了结构的地震反应。若将隔震支座安置在基础和上部建筑结构之间，称为基础隔震；若将隔震支座安置在楼层之间，称为层间隔震。其中以基础隔震技术应用更广，并编入了最新抗震设计规范。
2.隔震支座性能概述
传统的隔震支座采用的是叠层橡胶支座。它是由薄橡胶片与钢板通过特殊的工艺相互交错叠合而成，上下有翼缘，有中孔。而铅芯叠层橡胶支座，如图2所示，在中间加入铅芯，以此增加隔震支座的阻尼。隔震支座在材料选用和制作技术上都有发展，但无论怎么革新，其发展方向都满足以下几个性能。
图2 隔震支座示意图
1）足够的竖向承载力：作为结构的一部分，隔震支座通常要承受大部分甚至全部的地面以上部分结构传递而来的竖向荷载，因为必须要确保足够的竖向承载力；
2）一定的水平刚度：地震作用时，隔震支座集中了大部分地震位移，因而水平刚度不宜过大，既满足地震作用时的整体侧移且不致失稳，又满足非地震作用时的稳定。
3）良好的弹性复位功能：隔震支座在地震中变现出的大位移，震后要确保能够复位，不影响震后使用；
图3 不同阻尼的位移反应谱图 图4 不同阻尼的加速度反应谱图
4）大阻尼性：图3、图4可以看出，对于相同周期，阻尼越大，位移反应和加速度反应更小。即阻尼越大，地震中隔震支座所能吸收消散的能量越大；
5）良好的耐久性：包括抗低周期疲劳性能、抗热空气老化、抗臭氧老化、耐酸性、耐水性等。研究表明，使用多年后的隔震支座，其水平刚度会增加，即其变形恢复能力略有降低，而徐变量相对较小。
3.层间隔震的特点
目前层间隔震还处于研究阶段，但也有一定的工程应用。例如汕头博物馆，为避免橡胶支座在涨潮受到海水的侵蚀，将隔震支座提高到了二层柱顶；上海某商业楼，下部为框架结构，上部为砖混结构，由于其高度超过了规范的相关规定，在结构形式转换处设置了隔震层等。其相较于基础隔震，存在着一些优点：
1）无需设置隔离缝：隔震层在地震作用时集中了大部分的水平位移，抗规对此做了明确规定，上部结构的周边应设置竖向隔离缝，上部结构和下部结构之间，应设置完全贯通的水平隔离缝，确保为隔震层预留出不阻碍其在罕遇地震下发生大变形的隔离缝。而层间隔震通常将隔震层设置在楼层中，有充足的空间任其变形。故当隔离缝的设置受到限制又需要做隔震的时候，层间隔震更适用。
2）更少的隔震支座费用。隔震支座的数量与尺寸与其上部结构传递来的竖向力有关，由于层间隔震支座相较基础隔震支座设置的位置更高，承受上部传递来的竖向力更小，因而减小了数量与规格，表现了一定的经济性。
3）更强的抗倾覆能力。隔震层表现了大部分位移，且抗拉性能不够好，还存在着倾覆失稳隐患。层间隔震相对于基础隔震而言，上部结构产生的倾覆力矩更小，而下部结构的抗倾覆力矩更大，因而层间隔震的抗倾覆能力比基础隔震更优。
4）避免来自地下的因素侵蚀。由于基础隔震设置于基础顶面，通常会受到来自地下因素的侵蚀，尤其是沿海建筑，海水会对橡胶隔震支座有较大的侵蚀。此时，设置在楼层之间的层间隔震更优。
5）更适用于侧向刚度突变的建筑。各项研究表明，当结构上下刚度有突变的时候，例如大底盘高层建筑，将隔震支座设置与刚度突变处，减震效果优于基础隔震。
当然，目前层间隔震还需要进一步研究。其研究的困难性表现在，地震反应随着隔震层设置位置的不同而不同。不合理的设置甚至会加大下部结构的地震反应。因而，当不存在上述情况时，有研究通过有限元软件模拟分析，采用基础隔震的隔震效果优于层间隔震。
结语
人类无法组织破坏性强震的发生，它是无可避免的人类必须面对的自然规律。隔震结构体系能够很好的延长结构的振动周期，使结构避免地震发生时与地面的共振，减少结构的地震效应。基础隔震与层间隔震均通常均可以达到减震的效果。其中在某些情况下，层间隔震相较于基础隔震有不可替代的优越性，因而值得我们更深入的研究。
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[4]王蓉蓉，高层建筑大底盘框架结构的隔震研究[D].硕士论文.西南交通大学.2013
论文作者:王蓉蓉
论文发表刊物:《基层建设》2016年4期
论文发表时间:2016/6/8
标签：支座论文; 间隔论文; 结构论文; 基础论文; 刚度论文; 阻尼论文; 位移论文; 《基层建设》2016年4期论文;