摘 要：地震是一種危害性極大的自然災(zāi)害,往往造成慘重的人員傷亡和巨大的財產(chǎn)損失。盡管人們盡了很大努力,但按照現(xiàn)代設(shè)計規(guī)范建造的建筑依然在地震中遭到嚴(yán)重破壞。這促使人們更進一步對抗震設(shè)計方法進行深入研究以減輕地震損失。本文對工程結(jié)構(gòu)的防震技術(shù)--抗震、消震、隔震進行研究比較，指出隨著科技的發(fā)展，結(jié)構(gòu)防震技術(shù)將由以往被動的“抗”逐漸轉(zhuǎn)向積極主動的“消”、“隔”，從而使防震效果更佳。

　　關(guān)鍵詞：工程結(jié)構(gòu) ;抗震;消震;隔震

　　Abstract: Earthquake is a natural disaster with great damage, and often causes heavy casualties and great damage to property. Although people do great efforts, the construction according to the modern design code still encounters damages in earthquake, which promotes people to future researching the seismic design method for mitigating earthquake losses. In this paper compares the anti-seismic technology, seismic weakening, isolation, and points out the development of science and technology that the structured seismic prevention technology will transform form the passive to posotive, with better seismic prevention effects.

　　Key words: engineering structure; seismic; seismic weakening; seismic isolation

　　中圖分類號：P426.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

　　地震是一種危害極大的突發(fā)性自然災(zāi)害，工程的結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)是一項十分重要的高科技技術(shù),它能有效避免和減少建筑物在地震中所遭受的損壞。因此，為減少震害，有效地防御地震，不斷地研究完善結(jié)構(gòu)防震的理論與技術(shù)顯得十分緊迫且必要。

　　1工程結(jié)構(gòu)防震技術(shù)的演變

　　工程抗震防災(zāi)技術(shù)從20世紀(jì)初日本明確提出的靜力理論階段逐步發(fā)展到大大減小結(jié)構(gòu)體系的剛度而形成的柔性結(jié)構(gòu)體系,進而發(fā)展為增大上部結(jié)構(gòu)剛度,減少結(jié)構(gòu)底層剛度的柔性底層結(jié)構(gòu)體系,后來又發(fā)展到目前我國及世界各國普遍采用的延性結(jié)構(gòu)體系的傳統(tǒng)抗震方法。

　　傳統(tǒng)抗震方法以既定“設(shè)防烈度”為設(shè)計依據(jù),以“抗”為主要途徑,通過適當(dāng)控制結(jié)構(gòu)物的剛度,使結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時進入非彈性狀態(tài)且具有較大的延性,以消耗地震能量,減 輕結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng),使結(jié)構(gòu)物“裂而不倒”。

　　2 結(jié)構(gòu)的抗震

　　結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)是一種傳統(tǒng)的防震技術(shù)，抗震設(shè)防目標(biāo)被形象地描述為“裂而不倒”，在現(xiàn)行的抗震設(shè)計規(guī)范中又將這一設(shè)防目標(biāo)具體化為“小震不壞，中震可修，大震不倒”。為了達(dá)到這一目標(biāo)，要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有相當(dāng)?shù)膹姸群退苄宰冃文芰?。這種設(shè)計思想實際上是一種“疲勞戰(zhàn)術(shù)”，即是依靠建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度和塑性變形能力，來抵抗地震作用和吸收地震能量，抵御地震作用立足于“抗”。傳統(tǒng)建筑物結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)固結(jié)于地面，猶如地面上的一個地震反應(yīng)“放大器”，地震時建筑物受到地震的作用由上向下逐漸放大，從而使結(jié)構(gòu)構(gòu)件被破壞，建筑物內(nèi)人員也會感到強烈的振動。為了保證建筑物的安全，必須加大結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計強度，耗用材料多。地震力是一種慣性力，建筑物的構(gòu)件斷面大，所用材料多，質(zhì)量大，同時受到的地震作用也增大，這樣很難在經(jīng)濟和安全之間找到一個平衡點。同時傳統(tǒng)的抗震方法僅能解決7~9度區(qū)的設(shè)防問題，而結(jié)構(gòu)在高裂度下被破壞，對此，目前的抗震方法尚無法解決。之所以如此，是因為通常的工程抗震方法不是御“患”于外，而是引“患”入內(nèi)，讓地震波自然輸入上部結(jié)構(gòu)，引起上部結(jié)構(gòu)的強迫振動，然后采取增大構(gòu)件截面尺寸，增加配筋量……等措施來抗震。應(yīng)該說傳統(tǒng)的防震技術(shù)完全是一種被動的方法，要改變這種狀況，必須研究和采取有效的防震技術(shù)，于是有專家提出了“消震”技術(shù)。

　　3 結(jié)構(gòu)的消震

　　結(jié)構(gòu)消震構(gòu)造措施和設(shè)計手段，對結(jié)構(gòu)加以控制使之形成最佳耗能機構(gòu)，以吸收和耗散地震能量。強調(diào)抗震與消震相結(jié)合，突出消震作用，即結(jié)構(gòu)在地震作用下，做到“小震抗，大震消，中震抗消結(jié)合”，將設(shè)計與分析相結(jié)合，強調(diào)設(shè)計的主觀能動性。消震技術(shù)的關(guān)鍵是在結(jié)構(gòu)的次要部位，通過設(shè)計分析，人為地采取一些構(gòu)造措施，形成構(gòu)造的薄弱環(huán)節(jié)，使之在地震作用到一定程度時，首先出現(xiàn)破壞，產(chǎn)生塑性變形，以變形消耗地震能量。例如對R.C剪力墻結(jié)構(gòu)在聯(lián)系梁兩端，通過設(shè)計增加一些構(gòu)造、措施，人為地設(shè)置塑性鉸。地震時保證梁兩端首先開裂破壞，待震后再修復(fù)加固聯(lián)系梁(較之加固被破壞的主體結(jié)構(gòu)簡單易行)。

　　消震技術(shù)較抗震技術(shù)顯得積極主動些，加大了人的主觀能動性的作用，但仍需與“抗”相結(jié)合。雖然理論上可行，但實際操作上難度較大，不易實現(xiàn)況且以被破壞結(jié)構(gòu)的次要部位來消耗地震能量，其代價也是相當(dāng)大的。鑒于以上原因，人們又提出了結(jié)構(gòu)的隔震技術(shù)。

　　4 結(jié)構(gòu)的隔震

　　由于抗震和消震方法上存在缺陷，因此缺乏發(fā)展前途。要改變抗震方法的缺陷，需要變“抗”為“隔”，以“隔震”取代“抗震”或“消震”，這樣才能提高抵御地震災(zāi)害的能力。

　　結(jié)構(gòu)的隔震是在結(jié)構(gòu)底部設(shè)置隔震措施，大幅度降低地震波向上部結(jié)構(gòu)傳遞，從而明顯減輕或消除地震造成的災(zāi)害。隔震比之抗震，技術(shù)手段發(fā)生了本質(zhì)變化，因為二者抵御地震的途徑不同。

　　隔震屬結(jié)構(gòu)控制范疇，結(jié)構(gòu)控制系研究結(jié)構(gòu)控制裝置的設(shè)計理論及方法。結(jié)構(gòu)控制分主動控制(Active Control)和被動控制(Passsive Control)。主動控制是通過控制器向結(jié)構(gòu)輸入能量，改變經(jīng)過結(jié)構(gòu)系統(tǒng)特性，使結(jié)構(gòu)系統(tǒng)能指標(biāo)函數(shù)極小，進而減小或抑制結(jié)構(gòu)反應(yīng)。從理論上講，主動控制可以針對具體情況，實現(xiàn)所需的任意控制狀態(tài)。主動控制原理先進，控制效果顯著，但由于控制力需要外部能源，故這種控制器的設(shè)置技術(shù)高，且費用昂貴。主動控制由于許多問題尚未解決，目前仍處于研究階段。被動控制包括基礎(chǔ)隔震、減震、耗能、使用調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(Tuned Mass Damper,簡稱TMD)等。被動控制的特點是結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，易于控制，造價低廉，不需要外部能源，但對結(jié)構(gòu)的控制有局限性。目前，國內(nèi)外對結(jié)構(gòu)的控制還是以被動控制為主。

　　一般結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)是在基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震元件，形成柔性底層，使基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)斷開，延長上部結(jié)構(gòu)的基本周期，從而避開地震地面運動的主頻帶范圍，減小共振效應(yīng)，阻斷地震能量向上部結(jié)構(gòu)傳遞，將其直接吸收或反饋回地面。采用隔震技術(shù)，上部結(jié)構(gòu)的地震作用一般可減弱1/4~1/8，地震時建筑物上部結(jié)構(gòu)的反應(yīng)以第一震型為主，類似于剛體運動，基本無反應(yīng)放大作用，從而保證建筑物的安全甚至避免小結(jié)構(gòu)構(gòu)件如設(shè)備、裝修被破壞。隔震技術(shù)的設(shè)防策略立足于“隔”，采用“拒敵于門外”的防御戰(zhàn)術(shù)，“以柔克剛”，利用專門的隔震元件，以集中發(fā)生在隔離層的較大的相對位移為代價，阻隔地震向上部傳遞，使建筑物有更高的可靠性和安全性。目前的隔震技術(shù)主要有以下幾種：

　　4.1 夾層橡膠墊隔震

　　夾層橡膠墊用天然橡膠墊或合成橡膠墊與鋼板夾層設(shè)置，此種隔震措施平時可承受垂直荷載、地震時能承受地震作用F,其水平方向可有一定位移，因此具有隔震效果。

　　4.2 滾軸隔震

　　結(jié)構(gòu)支撐處設(shè)置雙層滾軸，每層滾軸的滾動方向彼此垂直，每層滾軸之間以墊板相隔。

　　4.3 雙柱系統(tǒng)

　　地下室的柱子是空心的，而且剛度較大，其內(nèi)放置著承受整個上部結(jié)構(gòu)荷載的很柔的柱子，該系統(tǒng)具有雙線性性狀，在地震作用下，允許內(nèi)柱在一定限度內(nèi)擺動。

　　4.4 懸掛吊式隔震

　　將上部結(jié)構(gòu)懸掛起來，此種隔震措施效果較好，但懸掛吊裝置施工困難，造價昂貴，且易失靈。

　　4.5 螺旋彈簧支座隔震

　　螺旋彈簧由金屬材料制成，其材料為錳鋼、硅錳鋼和鉻釩鋼。螺旋彈簧的優(yōu)點是材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)的可選范圍大，能適應(yīng)不同的荷載變形，性能穩(wěn)定、耐久性好。

　　4.6 阻尼器隔震

　　此系統(tǒng)是彈簧塑性阻尼器、粘性阻尼器及摩擦阻尼器。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時通過適度阻尼，吸收能量而起隔震作用。

　　5 隔震技術(shù)的發(fā)展方向

　　人類在與地震斗爭的過程中，防震理論和技術(shù)不斷進步，并在實踐中得到發(fā)展、完善。從單純的“抗”到“消”再發(fā)展到“隔”，抗震設(shè)防策略發(fā)生了重大改革和飛躍。尤其是隔震技術(shù)作為一種新興的建筑應(yīng)用技術(shù)，代表著未來建筑防震技術(shù)的發(fā)展方向，已經(jīng)受到越來越多的工程技術(shù)人員和其他專業(yè)人員的認(rèn)可和關(guān)注，并且在推廣應(yīng)用中必將逐步走向成熟。與此相應(yīng)，關(guān)于隔震技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計規(guī)范、規(guī)程和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)也必將推動隔震技術(shù)的發(fā)展。

　　總而言之，目前我國地震形勢十分嚴(yán)峻，未來，幾年我國仍將處于地震活躍期。隔震技術(shù)應(yīng)該為也能夠為減輕地震災(zāi)害、保障人民生命、財產(chǎn)安全做出更大的貢獻(xiàn)。