建筑隔震橡胶支座国内外发展概况

综　述

建筑隔震橡胶支座国内外发展概况

王东平

(西北橡胶塑料研究设计院,陕西咸阳　712023)

摘　要:简述了基础隔震理论的发展情况,特别是对其中叠层橡胶隔震支座的国内外发展水平进行了对比分析,对该技术及产品的产业化进行展望。关键词:建筑;基础隔震;叠层;橡胶支座

中图分类号:TQ33011+2　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1005-4030(2000)04-0057-03

　　基础隔震是近年来发展十分迅猛的建筑防震新技术,与传统的抗震措施相比,它巧妙地避开地震的

卓越周期,地震能量通过隔震系统的大变形被吸收,如图1。通过大量的实验研究和实际工程应用情况看,采用基础隔震技术后,一般可降低地震反应的80%～90%[1],而且还可在相同裂度设计基础上通过降低土建材料及提高层数等节省工程造价5%～20%,因而大受建筑界的推崇,被称为是现代建筑史上的一次革命。

地基上横竖交错放置几层圆木,在圆木上做混凝土基础,然后在上面盖房,以削弱地震能量向建筑物的传递,如图2所示。

图2　河含洁藏隔震方案

1906年,德国的JacobBechtold也提出采用基

图1　建筑隔震橡胶支座工作原理

---地震前　　———地震后

础隔震技术来保障建筑物的安全。1909年,英国医

生卡兰特伦茨J・A提出在基础上与上部结构物中间铺1层滑石粉或云母,地震时建筑物在剪力作用下水平滑动,以达到建筑物与地震隔离的目的。

这几种隔震方案均是在地震工程学尚未出现或萌芽时期提出的,虽不完全合理、可靠,但概念上已具备了隔震系统的重要的基本元素。

1921年,日本东京建成的帝国饭店是最早的隔震建筑[1],该建筑地基在2m厚的软泥土层上,很好地利用软泥土层作为隔震垫。在1923年关东大地震中该建筑保持完好,而其它建筑则普遍被严重破坏。

随着地震工程学的发展,特别是高分子阻尼材

1　基础隔震的发展

111　基础隔震技术发展的初级阶段

有文献报道的最早提出基础隔震概念的是日本的河含浩藏,他于1881年在《建筑杂志》上提出先在

收稿日期:2000-06-27

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料的不断涌现,基础隔震的研究逐渐得到深入。1924年,鬼头健三郎提出了在建筑物的柱脚与基础间插入滑动或滚动轴承的隔震方案。1927年,中村太郎论述了在隔震系统中吸收地震能量的必要性[1],并提出在底柱上端加倒向阻尼器,做为地震

时的吸能装置如图3。他对阻尼的认识正是以前的各种隔震方案所忽略的,后来一些设计者在使用卡兰特伦茨方案时都增添了额外的阻尼元件来满足对阻尼的要求。

图3　中村太郎方案

　　这一时期还出现了柔性底层(Flexiblefirststo2

ry)隔震方法,虽然当时隔震理论的概念已经比较清楚,但限于当时的理论和技术水平,基础隔震技术应用的可能性及优越性未能被人们充分认识和了解。112　现代基础隔震技术的发展和应用

进程。

南斯拉夫的贝斯特洛奇小学是最早采用天然橡胶隔震的建筑,隔震垫被设计成方形,且中间无钢板;1984年,新西兰建成4层威廉—惠灵顿政府办公大楼,它是世界上首座以铅芯叠层橡胶垫做隔震元件的建筑物;同年,美国利用新西兰技术第一个用基础隔震方法对盐湖城市政大厦进行抗震加固;于1985年建成4层小山司法事务中心。到目前为止,

近二三十年来,由于大量地震记录的积累,结构非弹性动力分析方法的趋于成熟,用于试验的大型加载设备的研制成功,特别是实用隔震元件的开发取得重大进展,基础隔震技术已经从理论探索、试验研究阶段发展到示范应用的推广阶段。1933年,美国在长滩(LongBeach)得到了世界上最早的地震记录,它为分析计算基础隔震结构奠定了荷载基础,而非线性振动理论为实现这种计算提供了方法,因为基础隔震结构的地震反应通常属于局部非线性问题,虽然结构本身尚处于线弹性阶段,而隔震系统都是非线性的[1]。

60年代末,日本、新西兰、美国等对隔震技术投

世界上大约三十多个国家在积极开展“基础隔震”的应用研究,并已建成约三百多座隔震建筑。113　我国隔震技术的应用和研究

我国学者60年代开始关注基础隔震理论。李立[2]于1962年前后提出隔震思想并倡导隔震研究。于70年代到80年代初采用砂砾隔震方法建成4座土坯和砖砌体的单层隔震房屋,以及中关村一座4层砖混房屋。这是我国早期的隔震建筑。

90年代,广州华南建筑学院西院周福霖在对叠

入大量的人力、物力,开展了深入、系统地研究,取得了卓有成效的成果。70年代初,新西兰科技人员率先开发出可靠、经济、实用的隔震元件———铅芯叠层橡胶垫,并申请专利,大大推动了隔震技术的实用化

层橡胶垫的性能进行实验研究后,在汕头建成用高阻尼叠层橡胶垫作隔震元件的8层框架综合楼。同年华中理工大学唐家祥等在河南安阳建成采用铅芯叠层橡胶隔震的综合大楼。1994年,中国建筑科学

2000年　　　　　　　　　　　　　王东平　建筑隔震橡胶支座国内外发展概况　　　　　　　　　　　　　　　59

研究院周锡之等在西昌建成若干座8层砖混住宅楼,采用高阻尼叠层橡胶垫作隔震元件。

西北橡胶塑料研究设计院与西安建筑科技大学于1996年开始,对叠层橡胶隔震理论、生产技术、力学测试及安装更换等进行了深入研究,其胶料性能,产品的力学性能等均达到国内先进水平,在对实际工程进行沉降观测后,发现橡胶垫无任何异常现象,平均下沉量不到2mm,该工程得到业内人士的一致好评。

站等重要建筑上。214　姆普拉(MRPRA)系统

MRPRA系统是在橡胶支座上之外独立安装吸

能装置如图5,每一个支座由若干个叠层橡胶块迭合而成。其水平刚度可以小到只有竖向刚度的1/400,实验证明,在地震荷载下最大加速度可减小90%。

2　几种实用的基础隔震系统

211　盖佩克(GAPEC)系统

这种隔震系统是法国马赛国家科学与技术中心设计的。该系统由若干个独立的天然橡胶制造的普通叠层橡胶支座组成。通过对其进行振动台实验后发现,加速度、剪力等减少了80%,第一自振周期也从011s延长到0118s,但它的缺点是吸能小,抑制长周期波引起的共振能力差。212　新西兰系统

新西兰系统的主要成就是在隔震系统中增加吸能装置(铅芯),这种系统隔震效果显著,已经得到普遍应用。

213　D1E1F(ElectriciteDeFrance)系统

图5　MRPRA系统

215　有机硅隔震系统[3]

这是法国专门为核电站设计的隔震系统。核电站的有关建筑修建在双层筏形基础上,在下筏上装橡胶支座,在支座上面装1块铅、青铜合金板,在上筏的底部装1块不锈钢板如图4所示,这2块板构

日本清水建筑、信越化学工业、桥石轮胎3公司共同研制的有机硅隔震支座其特点有:(1)对从震级为2级的小震到相当于关东大地震2倍的大震均适用;(2)可使地震能量降至1/3～1/5;(3)对紫外光和外部气温变化,其耐久性优于或相当于其它橡胶的几倍;(4)一般说同等规模、同形状的抗震叠层橡胶支座从震级3～4级才开始发挥效应,而有机硅橡胶支座则从2～3级就开始发挥抗震效果;(5)原来支座主要以中等建筑为对象,因此若支座上面没有100吨以上的负荷就不能发挥隔震效果,而有机硅系统则在从约10吨的负荷下就可起到抗震效果。

3　基础隔震技术的最新发展

近年来基础隔震技术发展较快,美国3M公司研制生产了粘弹性阻尼器,日本研制成功摩擦阻尼器,以及钢丝绳阻尼器等,这几种新型阻尼器由于其滞回曲线较丰满,吸能效果好,有望在以后的实际工程中得到应用。

橡胶支座产品上出现了堆叠型(无粘接)橡胶支

图4　D1E1P系统

成摩擦板。其目的是减弱隔震系统以上结构的水平

加速度。由于这种体系过于昂贵,仅限于用在核电

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座,它使得橡胶支座的生产工艺更加简单,并可明显降低生产成本。相关规范方面,1986年美国北加州工程师协会(SEAONC)出版《基础隔震建筑设计指南》草案,日本建筑学会1989年编制出版《基础隔震结构设计指南》等。我国相关规范正在报批中,不日将正式出版。

将在建筑上普遍得到应用。工艺简单,成本低廉、安

装更换方便将是今后科研工作,特别是针对规模化生产的主要的科研方向。

引用文献

[1]唐家祥,刘再华1建筑结构基础隔震[M]1武汉:华中理

工大学出版社,199312～32

4　结语

随着我国基础隔震技术与应用研究的不断深入,基础隔震思想逐步被社会所认同,橡胶隔震支座

[2]曾德民,苏经宇等1建筑基础隔震技术的发展和应用概

况[J]1见:基础隔震技术与应用1中国建筑研究院抗震所,34～35

[3]橡胶参考资料[J],1993,5:26

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