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摘要：本文围绕高烈度地区建筑结构设计中的减隔震技术应用进行探讨，首先概述减隔震技术的发展背景与技术原理，阐释其在现代建筑抗震中的重要性。接着分析建筑结构中涉及减隔震技术的设计要点，以确保结构设计的科学性和合理性。并着重讨论了实际应用中施工验收和维护的关键要求。最后，本文总结了采用减隔震技术对提升建筑结构抗震性的显著益处，为实践提供了参考和启示。

关键词：减隔震技术；建筑结构设计；设计标准；结构设计；施工验收维护

引言

现代建筑结构设计中的抗震问题一直备受关注，地震造成的破坏给人们的生命财产安全带来了巨大威胁。减隔震技术作为一种有效的抗震改善手段，针对建筑结构振动特性进行设计，在地震作用下能显著减小结构的变形和应力，从而提高结构的抗震性能。

我国地处世界西太平洋和地中海-南亚两个地震带之间，受其影响我国地震活动发震频度高，强度大，而且地震活动的范围很广，上世纪以来全球大陆7级以上的强震我国约占35%。2021年国务院发布《建设工程抗震管理条例（中华人民共和国国务院令第744号）》，要求“位于高烈度设防地区、地震重点监视防御区的新建学校、幼儿园、医院、养老机构、儿童福利机构、应急指挥中心、应急避难场所、广播电视等建筑应当按照国家有关规定采用隔震减震等技术，保证发生本区域设防地震时能够满足正常使用要求。”根据《中国地震动参数区划图》我国主要城市在设防烈度7°（0.1g）以上的分布比例约为31%，在当前背景下，建筑结构设计中减隔震技术的应用已成为必然的趋势。本文通过对减隔震技术在建筑结构设计中的应用要点进行系统研究和总结，可以为建筑结构设计者提供设计思路和方法，为工程实践提供技术支持，从而提高建筑结构的抗震性能，保障人们的生命财产安全。

一、减隔震技术

1.概述

传统的结构抗震方法主要通过增大构件截面、采用高强混凝土或钢材等方法提高结构的刚度和强度，采用“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的抗震概念设计来提高结构的延性，实现建筑“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标。但存在震后围护结构损伤严重，建筑配套供水供电设施修复量较大甚至无法修复，无法保证震后生产生活的迅速恢复。减隔震技术通过设置消能构件或隔震装置，耗散地震能量或是有效减小建筑结构在地震作用下的动态响应，降低地震灾害对建筑结构的破坏。

2.技术原理

减隔震技术是通过减少结构与地震荷载之间的相互作用，从而降低结构的震动反应，提高建筑结构的抗震性能。其主要原理包括利用设置隔震层延长结构的自振周期，减少上部结构的地震反应能量；设置耗能装置如金属阻尼器、摩擦阻尼器等提高结构的阻尼比，在结构进入塑性变形前阻尼器耗散地面运动的能量。

隔震结构根据隔震层位置可分为基础隔震与层间隔震，隔震支座根据特性不同分为叠层橡胶支座和滑动支座两大类，支座一方面要支撑建筑物的竖向重量，另一方面在水平方向提供较小的刚度，且具有自动复位的功能。

隔震结构通过消能器的相对变形和相对速度提供附加阻尼，提高结构的阻尼比。根据与位移、速度的相关性，减震装置分为速度相关性阻尼器、位移相关性阻尼器和复合型阻尼器。速度相关性阻尼器利用黏滞材料或黏弹性材料的高阻尼特性耗散往复作用下的地震能量，位移相关性阻尼器通过塑性变形性能好的金属材料屈服产生的滞回变形或耐摩擦材料制成构件相对运动产生的摩擦做功耗散地震能量，复合型阻尼器兼具速度相关性、位移相关性两种阻尼器的特性，如铅黏弹性阻尼器。

二、减隔震建筑结构设计要点

1.抗震性能目标

减隔震结构的抗震性能目标可按下表确定。

应根据建筑物抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构类型和不规则性，建筑使用功能和附属设施功能的要求等，分别针对整个结构、结构的局部部位或关键部位（如隔震层等）、结构的关键部件（隔震支座支墩、阻尼支撑等）、重要构件、次要构件和机电设备支座选定性能目标。

2.减隔震装置布置

减隔震装置布置应符合下列要求：

（1）根据需要应沿结构主轴方向对称均匀布置，结构在两个主轴方向自振频率、振型和阻尼比等动力特性相近；

（2）减隔震装置设计工作年限不应低于主体结构的设计工作年限，且不应小于50年；

（3）减隔震装置应根据主体结构的耐火等级，采用满足相应耐火时限要求的减隔震构造措施；

（4）减隔震装置应按方便检查、维护和替换进行布置，设计文件和维修手册应明确环境、检查和维护相关要求；

（5）减震装置宜布置在相对位移或相对速度较大的楼层（建筑物的中下部），可采用跨间棋盘式布置、调整阻尼器布置数量和参数等技术措施，提高阻尼器的减震效率。对于黏滞阻尼伸臂宜结合结构的设备层或避难层布置在结构的中上部，黏滞阻尼墙宜结合交通核或公共区域的隔墙位置，布置在结构的中下部；

（6）应根据产品试验确定隔震支座的性能参数及滞回曲线，与主体结构的连接宜采用可拆卸的螺栓连接。

3.减隔震结构计算分析

（1）减隔震结构的地震作用计算宜采用动力时程分析法；

（2）地震加速度时程波的选择应符合下列要求：应根据地震烈度、场地类别等相似原则进行选择，人工模拟地震波应满足反应谱的基本要求；数量可选3组（2组天然波1组人工波）或7组（5组天然波2组人工波），当选用3组地震波时，计算结果取包络值，当选用7组地震波时，计算结果取平均值；结构主要振型的周期采用多组时程波的平均地震影响系数曲线时不超过采用振型分解反应谱法的20%，结构主方向的平均底部剪力采用多组时程波的平均值不小于振型分解反应谱法计算结果的80%，每条时程波对应的计算结果不小于65%；有效持续时间从首次达到地震加速度时程曲线最大峰值的10%那一点算起，到最后一点达到最大峰值的10%为止，有效持续时间为结构基本周期的（5～10）倍，相应结构顶点的位移可按基本周期往复（5～10）次；

（3）减震结构附加阻尼比常用计算方法有三种，包括《建筑抗震设计规范》提供的计算方法、能量曲线对比法和结构响应对比法。对于金属阻尼器和黏滞阻尼墙，建议优先采用能量曲线对比法和结构响应对比法；

（4）隔震层结构设计：主要包括隔震层偏心率验算、隔震层抗风承载力验算、隔震支座应力验算、隔震支座变形验算、隔震层抗倾覆验算。偏心率的控制可通过调整支座的等效刚度实现，主要是为了控制隔震层的扭转变形及其对隔震支座和主体结构的不利影响，大震下直径小于等于600mm的支座等效刚度可取250%剪切变形刚度，直径大于600mm的支座等效刚度可取100%剪切变形刚度；通过增加铅芯橡胶支座的数量，提高隔震层的总屈服剪力或者在风荷载较大的地区单独附加钢板抗风支座、抗风拉索、抗风插销等抗风装置抵抗风荷载；隔震支座在罕遇地震作用下，重力荷载产生的竖向应力基础上叠加较大的竖向拉、压应力，支座橡胶截面上受力不均匀，核心区橡胶压应力可能为平均值的2～3倍，为此支座压应力限值有较无剪切变形下留出足够的安全余量且罕遇地震作用下不宜出现竖向拉应力，不可避免时拉应力应小于1.0MPa，出现拉应力的支座数量不宜超过总数的30%；橡胶支座极限位移不应大于其有效直径的0.55倍和支座内部橡胶总厚度3倍二者的较小值防止水平变形过大时失稳同时避免支座上下错动，有效面积减小过多。

4.减隔震结构抗震构造主要措施

（1）减震结构的抗震构造措施根据结构的性能指标可适当降低，具体可按减震主体结构地震剪力与不设置减震装置的结构的地震剪力之比确定，应控制在1度以内；

（2）减震装置子结构的抗震构造措施要求应按设防烈度执行；

（3）与减震装置相连的预埋件、支撑、支墩、剪力墙及节点板的作用力取值应不小于阻尼器在设计位移或设计速度下对应阻尼力的1.2倍；

（4）在隔震层最大设计变形范围内，隔震结构构造应不阻碍隔震层的正常变形；

（5）隔震支座和其他部件应根据主体结构的耐火等级采取相应的防火措施，对隔震层自由滑动空间应注意考虑减去防火措施可能占用的空间；

（6）竖向电梯井穿过隔震层时，可采用悬吊式方案，在罕遇地震作用下，电梯井悬吊部分上下端的层间位移角对于混凝土结构不应大于1/500；

（7）上部结构及隔震层部件应设置竖向隔离缝与周围固定物隔开，二者距离不应小于罕遇地震下最大水平位移的1.2倍，且不应小于300mm；

（8）管道在隔震层处应采用柔性接头连接，构造预留的伸展长度不小于隔离缝相应宽度的1.4倍；

（9）结构变形缝贯穿隔离层顶板时，缝宽应取相邻减隔震结构最大水平位移之和的1.2倍且不小于600mm。

三、减隔震结构施工及维护要点

1.施工主要注意事项

在建筑结构设计中，减隔震技术的施工操作是确保结构抗震性和安全性的关键环节。首先，设计阶段应按筑结构类型及减隔震布置等对减隔震构件的安装工序、施工组织作出初步规划。隔震支座及阻尼器进场时必须提供合格书面质量证明文件：隔震支座及阻尼器生产厂家的生产资质、隔震支座及阻尼器原材料检测报告、相关连接件检测报告、产品合格证、出厂检验报告、符合产品标准要求的型式检验报告、出具出厂检验和型式检验报告等所有报告的检测单位资质及其他必要证明文件。按照设计单位阻尼器与主体结构的连接方案，由阻尼器生产厂家完成深化设计，阻尼器连接的高强度螺栓应对称拧紧，初拧、复拧、终拧三阶段在同一天完成，复拧扭矩等于初拧扭矩，初拧扭矩宜为终拧扭矩的50%。管道柔性接头连接可靠后，在管道固定之前应先试验管道的变形量是否能达到设计要求，且无泄漏后方可使用。

2.维护要点

施工阶段维护：存放时应采取必要的遮光及防淋雨措施，周围应保持良好的通风，避免接触潮湿水汽使支座及连接件生锈。

使用阶段维护：竣工验收前，施工单位应向建筑的管理方提交由其会同减隔震装置生产厂家、设计等单位共同编写的维护手册及维护管理计划，确保减隔震装置正常发挥功能。建筑使用后，建筑的管理者应对减隔震装置每年进行常规检查及竣工后的第3年、第5年以及每10年1次特定周期检查。当发生可能对相关构件造成损伤的地震或火灾等灾害后，应及时进行应急检查。减隔震建筑应在门厅入口处、隔震层隔震缝、楼梯断缝处、建筑物周五隔震沟等设置标识，标明使用及维护注意事项。

四、工程实例

新疆乌鲁木齐某幼儿园，建筑地上三层，层高均为3.90m，建筑高度11.70m，抗震设防烈度8度（0.20g），设计地震分组为第二组。按照建筑的平面隔墙布置及其使用功能等要求，本工程决定采用悬臂墙式粘滞阻尼器。阻尼器布置见下图。

主体结构与消能部件在多遇地震和罕遇地震作用下的减震目标及性能目标如下表所示：

本项目采用粘滞阻尼器：X 向4 个，Y 向4 个，阻尼器极限位移为33mm，极限阻尼力为323kN，极限速度为349mm/s。通过有限元模型进行快速非线性时程分析（FNA），有控结构达到了结构的减震目标。经计算结构的附加阻尼器比：X 向为4.28%，Y 向为3.63%，达到预设值。罕遇地震作用下结构出现大量的塑性铰且梁铰先于柱铰出现，满足“强柱弱梁”的要求。塑性铰均处于安全范围阶段，并未失去承载力。通过弹塑性计算确认阻尼器的极限屈服力、极限位移、极限速度。结构在罕遇地震作用下最大层间位移角为1/196，满足1/100 的性能目标。

五、结论

减隔震技术克服了传统结构“硬抗”的抗震设计方法，概念清晰，减震效果明显，随着应用范围的扩大，技术成熟安全可靠。建筑结构应从抗震性能目标、装置布置、计算分析及相应抗震构造上加强设计，并在施工及维护采取相应的措施，全面提升建筑物的抗震性能。

参考文献：

[1]建筑抗震设计规范 GB50011-2010

[2]建筑隔震设计标准GBT51408-2021

[3]建筑结构荷载规范 GB50009-2012

[4]李金红.建筑结构减隔震技术应用探讨[J].科技创新导报，2019