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《中国住宅设施》杂志
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摘 要: 影响建筑质量的主要因素有多种,而建筑结构的隔震能力不仅关乎建筑性能,还会直接影响建筑内部人员的生命安全。本文对目前建筑
隔震技术特征发展进行概述与分析,再分别从橡胶隔震支座、滑板式隔震支座、摩擦摆隔震支座等方面对建筑结构的隔震技术进行整体讨论,最
后概述建筑结构减隔震技术应用中目前存在的不足之处,并对建筑结构未来的发展趋势进行大致的概括与展望,以此对我国目前的建筑结构减震
技术进行探讨,也为相关技术的应用和发展提供一定思路。
关键词: 建筑施工;隔震技术;健康监测
引言
建筑的抗震等级是衡量该建筑建设质量的重要参考标准 。随着城市化水准的持续推进,我国建筑的建设需求逐渐增加,随着
建设需求一同增加的还有对建筑结果使用性能和使用质量的要求 。在建筑工程的建设过程中给予建筑的抗震性能以充分关注,强
化对相关技术的探讨和优化不仅是对建筑质量和建筑性能负责的体现,更是对建筑内部人员的人身财产安全负责 。基于此,应该
对建筑结构的隔震技术展开探讨,追求建筑建设结果的高质量和稳定性,促进我国建筑行业快速发展。
1 建筑隔震技术特征发展分析
对于建筑减隔震产品,其构造相对简单,所以制造门槛并不高 。但是,若实现想要保证生产制造出的减隔震产品具有更高的
质量水平以及更理想的性能稳定性,就需要相应生产制造企业具备较强的生产制造能力,包括基础材料研究能力、创新与研发能力、
分析与检测能力,同时还需要具备充足且丰富的现场技术服务经验 。对于相应企业内所配置的专业技术人才队伍,要求相应技术
人员拥有充足的减隔震理论知识储备,且熟练掌握粘结技术 、施工技术 、检验技术等核心技术,明确高分子材料研发及橡胶配方
以及金属材料特性等,依托这样的专业技术人才队伍支持,相应企业才能够真正生产制造出高性能的建筑减隔震产品,且可以实
现技术与产品的持续更新,提升产品的市场竞争力 。总体来看,隔震支座企业包含在技术密集型企业的范畴内,而专业技术的形
成需要较长时间的经验积累的支持 。现阶段,相应行业内实际具备的专业人才数量并不充足,且极为缺乏拥有多学科背景的复合
型人才 。同时,该行业具有较强的应用性,要求切实参考不同的应用领域针对性完成多特性产品的研发,新入行的企业难以获得
拥有行业经验的优质人才。
从制造工艺的角度来看,能够了解到的是,橡胶隔震支座的制造工艺并不复杂,所涵盖的工业工程可以粗略划分为三类,即
制备橡胶材料 、制备金属材料 、组模硫化 。这几类工业工程还可以进一步细化为多个小的工艺环节,而这些工艺环节均可能对隔
震支座质量和性能产生影响 。换言之,对于隔震支座质量和性能产生影响的因素较多且有着一定的复杂性,细小的工艺环节 、生
产过程中的控制问题等均会导致隔震支座产品的性能与质量水平发生改变,而且对于相应问题的产生原因进行追溯的难度极高,
这些核心工艺技术的形成需要消耗大量的时间,需要长期的经验积累 。在没有进行大量研发与前期投入的条件下,想要迈进隔震
支座产品生产制造行业相对容易,但是想要保证所生产出的隔震支座产品均具有良好性能以及稳定质量则难度极高。
现阶段,橡胶隔震支座的制造生产线成熟程度均保持在偏低水平,基本不存在现成的橡胶隔震支座生产线,且相应产品的序列化、
标准化程度并不理想,尚且没有专业的设计院进行完全成套的橡胶隔震支座生产工艺设计。各个生产企业之间在设备与工艺方面存在
着的差距较为明显,要求切实参考自身特点完成对生产设备以及工艺的开发,而为实现这一目标,就需要尽可能配置更为先进的设备,
并拥有丰富的经验。从研发与检测能力的角度来看,针对不同建筑物应当设计开发出基于不同力学性能的橡胶隔震支座,并落实对生
产过程的监控。为实现这一目标,就需要建立物理化学以及成品力学性能实验室,并配置数量足够且专业能力更高的技术人员。
2 建筑结构中常见隔震技术类别及分析
2.1 橡胶隔震支座
常见的橡胶隔震支座主要包括普通橡胶隔震支座和铝芯橡胶隔震支座两种。
(1)普通橡胶隔震支座。在建筑工程的建设过程中,可以使用普通的橡胶隔震支座在建筑中起到良好的隔震作用。这一支
座类型在实际使用过程中能够体现出充分的纵向受压承载能力和出色的承载水平变形的能力。在工程建筑施工过程中使用普通橡
胶隔震支座需要先对其进行制作。首先要采取循环交替的方式对橡胶层和薄钢板展开处理 [1]。结束薄钢板和橡胶层的处理后,应
该将二者置于温度和压力水平均较高的环境内,完成硫化处理,这样能提升薄钢板和橡胶层的紧密连接,避免其在未来的使用过
程中因年久失修或者意外被分离降低建筑整体的抗震性能。此外,薄钢板层能限制薄橡胶层的应变效果,避免由于橡胶产生弹性
或者塑性形变,最终影响相关建设质量。
(2)铅芯橡胶隔震支座(图 1 和图 2)。在进行铅芯橡胶隔
震 支 座 的 制 作 时, 相 关 操 作 人 员 应 该 在 普 通 橡 胶 隔 震 支 座 制 作 完
成 的 基 础 之 上 对 其 进 行 注 铅 操 作, 也 就 是 将 制 作 完 成 的 橡 胶 隔 震
支 座 进 行 开 孔 注 铅。 这 样 能 够 适 当 避 免 隔 震 层 发 生 剧 烈 位 移, 合
理 控 制 由 于 地 震 对 建 筑 自 身 造 成 的 伤 害, 规 避 高 阻 尼 情 况 发 生,
成功地保护建筑主体 [2]。
就 现 阶 段 的 橡 胶 隔 震 支 座 制 作 角 度 而 言, 常 见 的 研 究 内 容 主
建筑结构隔震技术研究
范玮琦 / 江西省建筑设计研究总院集团有限公司 江西南昌 330046
摘 要: 影响建筑质量的主要因素有多种,而建筑结构的隔震能力不仅关乎建筑性能,还会直接影响建筑内部人员的生命安全。本文对目前建筑
隔震技术特征发展进行概述与分析,再分别从橡胶隔震支座、滑板式隔震支座、摩擦摆隔震支座等方面对建筑结构的隔震技术进行整体讨论,最
后概述建筑结构减隔震技术应用中目前存在的不足之处,并对建筑结构未来的发展趋势进行大致的概括与展望,以此对我国目前的建筑结构减震
技术进行探讨,也为相关技术的应用和发展提供一定思路。
关键词: 建筑施工;隔震技术;健康监测
图 1 铅芯橡胶隔震支座 图 2 橡胶垫隔震结构
14 | CHINA HOUSING FACILITIES
建筑信息模型
要包括轴向拉伸的破坏程度以及纵向的刚性、水平刚度、阻尼影响等多方面内容。我国在目前的橡胶支座性能的研究成果极为有限,
就现有的橡胶隔震支座研究成果而言,可以通过如下几方面角度入手,关注相关材料的制作 。首先,要强化对橡胶自身力学性能
的研究工作 。其次,要对橡胶用料进行抗剪力学的性能研究,提升其抗剪力的能力 。最后,应该强化对大直径的橡胶支座力学的
整体性研究,并对多层橡胶材质层叠制作前提下其能承受的压力性能展开研究 [3]。
2.2 滑板式隔震支座
在滑板式隔震支座应用过程中,较为常见的滑板式隔震支座类型主要包括不锈钢层接触面、砂垫层接触面以及石墨层接触
面 [4]。其中,尤其以 PTEE(一种聚四氟乙烯)和不锈钢两种材质在制作接触面的时候能够发挥这一材质的出色性能,也因此为广
大建筑中的抗震项目建设所广泛使用,可以充分满足使用者的隔震需求。如果使用不锈钢这一材质作为滑板式隔震支座的主要材
料,就要先对其进行抛光打磨,并将接受过硬化的树脂混匀地涂抹在不锈钢面板的表层。这样就能有效延长不锈钢接触面的使用
寿命,使其更为耐磨。此外,经过相关研究人员的探索,还发现了一种将不锈钢钢板同聚四氟乙烯这一特殊材质进行综合运用的
复合型材料 [5]。这种接触面性能较为优秀,且能够满足建筑隔震的实际需求。在这一材质的实际应用过程中,可以通过将这一材
质的接触面层层堆叠的形式分散位移对建筑造成的影响,且使用这种方法就无须再外露预留,常见的滑板式隔震装置如图 3 所示。
这一装置在实际应用中属于利用纯摩擦的原理经过滑动最终达到隔震的目的。这一特征是这一材质隔震支座的应用优势所在。
但这一技术同时也存在不足之处,那就是使用滑板式的隔震支座可能会造成支座发生塑性形变,或者在地震实际发生后产生明显
的位移,但这样的位移复原难度较大,必须要经过人为调整才能将这一隔震装置复原。但在目前,研究者已经发现了能让这一装
置自动复原的技术,并将这一技术用于施工过程,常见的能够用于滑板式隔震支座的材料主要包括纱料、石墨等,在地震实际发
生时,在滑板式的隔震支座处会产生断层,能够适当地阻隔地震波在固体中的传导作用,对上部建筑形成保护,降低共振效应对
建筑造成的伤害。
在对这一技术进行研究的过程中,通过观察这一技术的摩擦系数能够得知,滑板式隔震支座的摩擦系数越大,正压力就越小。
对于这一问题,可以使用润化剂来解决,润化剂能有效地降低聚四氟乙烯的表面粗糙程度。在建筑施工过程中,设计建筑的隔震
结构时常常会产生失稳的问题。而造成这一问题的最主要原因就是建筑结构的自重。基于这一问题,应该对建筑的整体结构进行
抗失稳处理,以此提升建筑隔震装置的整体稳定性。
2.3 摩擦摆隔震支座
常见的摩擦摆隔震支座外观如图 4 所示。
这一装置在实际使用过程中往往以其出色的复位能力被广大的建筑结构抗震方案所使用。这一装置的稳定性较强,能够在地
震出现时对建筑工程的整体结构进行保护,控制破坏程度。使用这一装置为建筑结构的整体效能服务时,应该在装置的地盘部位
放置滑块。一旦地震发生,底盘放置的滑块装置就会逐渐滑行,而在上部结构重力的影响效果下,这一装置又会逐渐复位,这一
流程完全依靠滑块的物理性能和重力原理实现,无须人为干预。在使用这一装置时要对滑块的上表面进行曲面处理,并保证地盘
与结构支架的支撑力。研究者在对这一装置的优化过程中发现,这一结构在实际应用过程中体现出极佳的应用优势,且这一装置
的使用寿命较长、又具有良好的置回性,即使是在荷载时间较久、荷载强度较大以及周围环境温度浮动幅度较大的前提下仍然具
有极佳的使用性能。而根据对这一设备进行实际应用的成效显示,这一装置在实际使用过程中能够在能力范围之内增加上部建筑
的自震时长并增加原有的周期数量。稳定性能优异,且这一装置能够自动复位,在发挥自身隔震作用时,能够体现出摩擦摆隔震
的底座效用,对处在其上部的装置、结构以及人员起到极佳的保护作用。
2.4 隔震结构设计注意事项
为了使建筑结构隔震技术能够更好地在复杂建筑环境当中发挥出相应的价值和作用,有效提升隔震结构性能,设计人员应主
要关注以下几方面。第一,在进行隔震结构设计之前,需要明确隔震层在建筑内部的定位,综合考量建筑物形态特征、用途要求
以及建设施工标准强化隔震层设计与定位的合理性,从而有效提升建筑空间利用率,提升建筑整体抗震性能。第二,应做好建筑
隔震层水平刚度的设计工作,为了使结构自振周期有效避开设计的特征周期,技术人员应尽可能采用减少隔震层水平刚度的方式
和策略使设计方案当中结构的自振周期得到显著增加,提升隔振器受荷面积。第三,应合理控制建筑结构的净空间距。在地震来
临时,可能会导致建筑结构产生一定的变形,甚至出现结构碰撞等风险,因此为了进一步减少地震造成的损失与影响,设计人员
应针对结构变形情况进行分析与核算,并做好净空间距的设计与规划工作,有效增加建筑抗震空间(图 5)。第四,针对隔震结
构进行设计时,还应当尽可能采取模块式的设计方案,使结构内部构件便于更新与换代,降低维护管理成本,提升整体性能。
3 建筑结构减隔震技术应用存在的问题及其发展方向和前景
通过在建筑工程中引入建筑结构减隔震技术,能够促使相应建筑物的抗震性能得到明显提升,该技术的产生与应用推动着房
屋抗震施工进入新的发展阶段。就当前的情况来看,建筑结构减隔震技术已然得到较好的发展与应用,围绕不同的减震原理形成
多样性的减震和隔震装置产品,可以参考不同类型建筑物的现实特点与实际需求完成对减隔震装置的针对性选择与引入,支持着
图 3 滑板式隔震支座 图 4 摩擦摆隔震支座 图 5 结构减震方案当中的楼板净空间距设计
2023.10 | 15
建筑信息模型
建筑结构抗震性能的进一步提升 。我国对于建筑结构减隔震技术的研发与应用极为重视,其在相关技术与产品开发方面投入了大
量财物与人力支持,各级政府部门在相关文件与规范中,也针对建筑结构减隔震技术的全面性推广应用进行了强调 。从这一角度
来看,建筑结构减隔震技术在我国实际具备研究与应用前景极为宽广。
但是,相比于其他发达国家,我国对于建筑结构减隔震技
术的研究起步时间相对较晚,所以虽然在相应技术与装置产品
的研发及推广应用方面取得了一定成效,但是也依然存在着一
些问题,整体对于建筑结构减隔震技术及其装置所表现出的应
用水平保持在偏低水平 。现阶段,低于建筑结构减隔震技术的
研究,大多局限在单一减隔震装置方面,并没有形成相对成熟、
健全的减隔震体系 。在建筑结构中应用减隔震技术期间,使用
的设计计算方法 、践行的规范体系还有着较大的完善空间;在
公共设施中,虽然较多引入了建筑结构减隔震技术,但是直接
将其应用于民用建筑行业,极容易产生较多问题,导致建筑结
图 6 复合型建筑减隔震装置结构
构减隔震技术的推广运用难度增加 。基于这样的情况,在当前与未来的建筑结构减隔震技术推广应用实践中,可以重点围绕以下
几方面完成相应工作:逐步推动应用单一的减隔震装置向着应用混合减隔震技术抗震体系的方向发展(图 6 ),结合应用减震技
术以及隔震技术,并结合基础隔震以及层间隔震,促使建筑结构的抗震能力得以进一步提高;逐步推动多层建筑结构抗震转变为
超高层以及大跨度建筑结构抗震,面向高层建筑 、超高层建筑 、大跨度建筑等,研发并推广应用性能更强 、经济性更加理想的减
隔震装置;逐步推动建筑结构减隔震技术规范化 、标准化,针对相关标准 、行业规范等落实持续性的完善;逐步在民用建筑中普
及应用建筑结构减隔震技术,由政府部门牵头,利用相关政策文件的制定与发布完成引导,以此进一步加深减隔震技术的推广应
用程度。
结语
在现代的建筑施工过程中,对建筑结果减隔震能力的关注越来越成为相关工作的开展重点。在建筑行业与相关技术不断发展
的大背景下,我国建筑结构抗震设计理念也发生转变,基于性能设计思想的减隔震技术的抗震体系已然逐步取代原有的基于强度
设计理念的抗震设计方法。当前,更多、更新、性能更好的建筑结构减隔震技术得到重点研究、开发与应用,围绕不同的减震原
理形成多样性的减震和隔震装置产品,支持着建筑结构抗震性能的进一步提升。诚然,现阶段我国对于建筑结构减隔震技术的研
究已经取得一定成效,但是还存在着一些问题,依然需要持续强化落实政策引导,助推建筑结构减隔震技术始终向着规范化、标
准化、超高层以及大跨度建筑结构抗震、混合减震的方向迈进。
参考文献
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