[科普中國]-隔震支座

傳統(tǒng)的抗震技術是把建筑物上部結(jié)構(gòu)和基礎牢固地連接在一起，就是把房子蓋得更結(jié)實，用更粗的鋼筋、更多的混凝土澆注，但這樣抗震效果并不理想。隔震支座是在上部結(jié)構(gòu)與地基之間增加隔震層，安裝橡膠隔震支座，起到與地面的軟連接，通過這樣的技術，可以把地震80%左右的能量抵消掉。這樣的抗震技術來源于火箭發(fā)動機，正是研發(fā)火箭固體發(fā)動機的設計師們研發(fā)了這項技術。1

從上個世紀60、70 年代開始，人們對隔震支座進行了比較系統(tǒng)的研究和實驗，并在實際的工程中進行試驗，并且做了大量的跟蹤觀察。關于隔震元件的研究，主要有兩個方面：一方面積極探索新材料、新工藝、新方法研制各種隔震元件；另一方面研究如何在工程實際中應用隔震支座，并考慮它們的隔震性能和工程造價問題。

他們可以作為單獨的構(gòu)件，也可以組合起來使用，有時候需要根據(jù)建筑功能的要求來決定，支撐隔震器主要承擔建筑物上部結(jié)構(gòu)的荷載，減震阻尼器主要是控制隔震支座產(chǎn)生的水平變形不會超過規(guī)范中規(guī)定的限值，減輕建筑上部結(jié)構(gòu)的晃動，在地震結(jié)束時還能復位。2

對于疊層橡膠支座的耐久性。我們可以通過一些試驗得到，如加熱快速試驗。建筑物在使用的過程中不斷承受豎向的荷載，同時還受到外界環(huán)境的影響，如氣溫的變化、空氣的氧化作用、正常的微小的震動等，因此，橡膠隔震支座的耐久性應該要求自身的材料具有良好的性質(zhì)，而且能保證建筑設計的要求。

專業(yè)人員做隔震層的設計時，應該注意隔震建筑所在場地的環(huán)境，隔震支座自身材料的性質(zhì)和地震時支座的變形等，綜合考慮隔震支座的耐久性。2

在隔震支座遭受發(fā)生火災或高溫時，由于橡膠具有可燃性和受熱易變形，而隔震支座中的鋼板具有良好的熱傳導性。所以，在隔震支座遭受發(fā)生火災或高溫時，由于鋼板導熱很快會加速橡膠的損壞。因此，我們在應用橡膠類的隔震支座時，其耐火性，耐高溫也應該引起我們的重視。 2

橡膠隔震支座是由多層鋼板與橡膠交替疊合而成，鋼板作為橡膠支座的加勁材料，改變了橡膠體豎向剛度較小的特點，使其既能降低水平地震作用，又能承受較大豎向荷載。由于橡膠作為彈性體，耗能性不足，因此在支座中加入鉛芯。鉛芯橡膠隔震支座既能夠承擔整個上部結(jié)構(gòu)的豎向荷載，延長結(jié)構(gòu)周期，又能提供一定的阻尼，使得下部結(jié)構(gòu)即墩和墩臺的地震力重新分配，隔震層的位移也不會很大，具有很好的隔震效果。同時，鉛芯橡膠隔震支座又具備一定的初始水平剛度，能夠抵御荷載和制動荷載的作用。3

橡膠隔震支座的構(gòu)造要求：

1.目前使用的疊層橡膠支座，是利用鋼板和橡膠的各自的優(yōu)點相互疊合而成。隔震支座運用在建筑中，會增加建筑結(jié)構(gòu)在水平和豎向地震、扭轉(zhuǎn)等作用下，建筑物抗震的能力。 2

2.為了使疊層橡膠支座具有適當?shù)淖枘岜仁怪ё哂幸欢ǖ膫?cè)向剛度。在制造疊層橡膠支座時在中間設置鉛棒，有的在中間加入粘性材料，或者在橡膠中加入適量的石墨制成高阻尼橡膠。2

3.在遇到大地震時，為了防止側(cè)向位移超過支座位移的允許值，在設計是應該注意側(cè)向保護裝置的設置；橡膠支座具有良好的耐老化特性、抗氧化性、耐高溫性能等。2

4.隔震支座上下端有連接板，這些連接板能使隔震支座與基礎和上部結(jié)構(gòu)連接成為一個整體。2

滑動隔震是在隔震層中設置滑動材料，如低摩擦系數(shù)材料石墨、砂粒、滑石粉等，使基礎只能向上部結(jié)構(gòu)傳遞有限的地震力作用，起到保護上部結(jié)構(gòu)的作用。其動力學特點是滑動前整個系統(tǒng)的自振周期與結(jié)構(gòu)周期相同，一旦滑動之后，隔震層的剛度變得很小，整個系統(tǒng)的自振周期變得很大，因此從理論上來講滑動隔震能避開絕大多數(shù)地震波產(chǎn)生的共振效應。此外，隔震層摩擦力做功，能消耗結(jié)構(gòu)的振動能量，增加結(jié)構(gòu)阻尼，降低結(jié)構(gòu)地震反應。3

由于滑動摩擦支座本身并沒有自復位能力，在大震時可能產(chǎn)生不可控制的位移；而疊層橡膠支座雖有自復位能力，但是阻尼有限，在耗散地震能量方面并無優(yōu)勢。因此，兼?zhèn)鋸臀荒芰秃哪芴匦缘膹秃细粽痼w系受到廣大研究人員和工程師的青睞。目前采用的復合型隔震支座包括橡膠支座與滑動支座的并聯(lián)使用、橡膠支座和阻尼器的并聯(lián)使用等，也包括同時具備彈性水平恢復力與阻尼的復合隔震裝置。3

1) 將兩種或多種隔震技術組合起來進行應用，如將疊層橡膠隔震支座和摩擦滑動支座等組合運用，可以發(fā)揮各自的優(yōu)點，彌補單一隔震技術的不足。3

2) 開發(fā)研究限位功能與阻尼耗能特性均較好的新型復合隔震支座，是今后隔震技術的一個發(fā)展方向。3

3) 豎向隔震效果與抗拉能力將是今后隔震技術研究的關注熱點。3

4) 許多隔震技術都具有良好的減震效果，但在實際工程中推廣的最大障礙是其造價。盡管抗震規(guī)范規(guī)定：當隔震結(jié)構(gòu)的減震系數(shù)足夠小時，上部結(jié)構(gòu)的抗震設防烈度可降低一度。但基于工程經(jīng)驗的缺乏，許多工程人員不愿采用新技術，或不敢在采用新技術后降低上部結(jié)構(gòu)的設防烈度，從而提高了隔震結(jié)構(gòu)的造價。因此，對于一種隔震技術而言，只有性價比高，才能在各式各樣的新技術中保有其生命力。多多建造隔震示范工程，也是促進隔震技術推廣應用的有效手段。3

2017年8月的最后一天，位于陜西省渭南市的大荔縣實驗小學迎來了孩子們開學前的報到日。讓孩子們除了迎接他們的新老師、新同學還有嶄新的、高標準的教學樓。這所占地80畝的大荔縣實驗小學洛濱校區(qū)于兩個月前剛剛竣工，三棟教學樓能夠容納3600名學生。之所以說建筑標準高，是因為在每一棟教學樓的下面增添了一種神秘的建筑部件-“隔震支座”，是建筑抵抗地震的有效裝備。1

孩子們報到的同時，中國航天科技集團四院41所的唐春昱和趙新男打開了教學樓的一處通風口，下到建筑的底部。隔震支座每6米一個，呈網(wǎng)狀分布，在這個地下空間有30個，支撐著整棟教學樓，同時肩負起抗震的工作。