基础隔震技术的发展及其对未来建筑设计思想的影响探究

基础隔震技术的发展及其对未来建筑设计思想的影响探究

王欢

梁黄顾建筑设计（深圳）有限公司重庆分公司，重庆 400000

摘要：基础隔震技术是一种在建筑物与地基之间设置隔震装置，以减小地震作用对建筑物的影响的技术。基础隔震技术可以有效地隔离地震波的传递，降低建筑物的地震反应，从而减少结构和非结构构件的损坏，保护人员和设备的安全。例如，中国的国家大剧院，日本的国会大厦、等都采用了基础隔震技术，提高了建筑物的抗震能力。本文中笔者首先分析了基础隔震技术的发展历程和隔震支座的类型，其次探讨目前基础隔震技术存在的主要问题，最后通过基础隔震技术对未来建筑设计思想的具体影响来进行优化解决。

关键词：基础隔震；隔震支座；建筑设计；影响

1 基础隔震技术的发展历程

实验阶段：这一阶段从20世纪60年代开始，主要是在实验室和现场进行一些基础隔震装置的试验，探索其工作原理和性能特点。例如，日本的中村和美国的凯利分别提出了摩擦滑动隔震器和铅芯橡胶隔震器的概念，并进行了一些试验研究。

应用阶段：这一阶段从20世纪70年代开始，主要是在一些重要的公共建筑和工程中采用基础隔震技术，验证其抗震效果和经济性。例如，日本的新干线桥梁、美国的加州州立大学图书馆、中国的北京首都机场航站楼等都是采用了基础隔震技术的典型案例。

发展阶段：这一阶段从20世纪90年代开始，主要是在基础隔震技术的理论、设计、规范、检测等方面进行了深入的研究和完善，使其成为一门成熟的工程技术。例如，日本制定了《建筑物基础隔震设计指南》，美国制定了《基础隔震设计规范》，中国制定了《建筑物基础隔震设计规范》等相关标准和规范，为基础隔震技术的推广和应用提供了依据和指导。

2 隔震支座的类型

橡胶隔震支座：这种隔震支座是由多层橡胶和钢板交替叠加而成的，它具有良好的弹性和耐久性，可以在地震时提供足够的位移能力和恢复力，同时也能提供一定的阻尼效果，降低建筑物的振动。橡胶隔震支座是目前应用最广泛的一种隔震支座，例如北京国家体育场（鸟巢）、上海东方明珠塔等都采用了橡胶隔震支座。

滑动隔震支座：这种隔震支座是由两个平行的滑动面组成的，它们之间有一层润滑剂，可以在地震时使建筑物相对于基础滑动，从而减少地震力的作用。滑动隔震支座的优点是结构简单、位移能力大、成本低，但缺点是阻尼效果差、恢复力小、易产生二次振动。滑动隔震支座适用于结构刚度较大、重量较轻、位移需求较大的建筑物，例如日本东京都厅大楼、美国旧金山市政厅等都采用了滑动隔震支座。

摩擦摆式隔震支座：这种隔震支座是由一个圆形或椭圆形的摩擦摆组成的，它可以在地震时使建筑物相对于基础做圆周运动，从而消耗地震能量。摩擦摆式隔震支座的优点是阻尼效果好、恢复力大、位移能力适中，但缺点是结构复杂、成本高、易受温度和湿度的影响。摩擦摆式隔震支座适用于结构刚度较小、重量较重、位移需求较小的建筑物，例如中国台北101大楼、日本神户港塔等都采用了摩擦摆式隔震支座。

3 基础隔震技术存在的主要问题

3.1 隔震装置的设计和选型

隔震装置的类型和参数应根据建筑物的结构特点、功能要求、地震动特性等因素进行合理设计和选型，否则可能导致隔震效果不佳或产生不利影响。例如，如果隔震装置的刚度过大或过小，可能会使建筑物的固有周期偏离最佳值，增加地震反应；如果隔震装置的阻尼过大或过小，可能会使建筑物的能量耗散不足或过多，影响结构的安全和舒适性；如果隔震装置的类型不适合建筑物的结构形式，可能会引起结构的不协调变形或失稳等问题。

3.2 隔震装置的施工和维护

隔震装置的施工应严格按照设计要求和规范进行，保证隔震装置的质量和性能。隔震装置的维护应定期进行检查和测试，及时发现和处理故障和损坏，保证隔震装置的有效运行。例如，如果隔震装置的安装不准确或松动，可能会影响隔震效果或导致结构损伤；如果隔震装置的老化或破坏，可能会降低隔震性能或失去隔震功能。

3.3 隔震装置的成本和效益

隔震装置的成本包括设计、制造、施工、维护等方面的费用，通常高于传统基础的费用。隔震装置的效益包括减少结构损坏、延长使用寿命、提高使用功能等方面的收益，通常需要长期观察和评估。因此，应该综合考虑各种因素，进行合理的经济分析和决策，以确保隔震装置的投资回报率。例如，如果隔震装置的成本过高或效益过低，可能会导致投资浪费或亏损；如果隔震装置的成本和效益不平衡，可能会导致资源配置不合理或社会效益不充分。

4 基础隔震技术优化及对未来建筑设计思想的影响

4.1 隔震装置的选择和设计

隔震装置是基础隔震技术的核心，它的性能和参数直接影响到建筑物的隔震效果。隔震装置的选择和设计应根据建筑物的结构特点、功能要求、地震动特性等因素进行综合考虑，以达到最佳的隔震效果。常用的隔震装置有橡胶支座、摩擦摆、滚动摆等，它们各有优缺点，应根据具体情况选择合适的类型和规格。

4.2 隔震层的布置和连接

隔震层是指设置隔震装置的基础层，它的布置和连接方式也会影响到建筑物的隔震效果。隔震层的布置应尽量均匀，避免产生偏心或扭转效应，同时应保证隔震层与上下结构层之间的刚度匹配，避免产生过大的相对位移或变形。隔震层的连接方式应保证足够的强度和刚度，以承受地震作用下的剪力和弯矩，同时应保证一定的延性和可靠性，以避免断裂或失效。

4.3 隔震结构的整体设计和分析

隔震结构是指采用基础隔震技术的建筑物，它的整体设计和分析应考虑隔震层对结构动力特性和地震响应的影响，以及结构在地震作用下可能出现的非线性现象和失效模式。隔震结构的整体设计和分析应采用合理的计算方法和模型，以及适当的安全系数和控制标准，以保证结构在地震作用下不发生倒塌或严重破坏。

5 举例说明

中国国家大剧院是一座采用基础隔震技术的标志性建筑物，它位于北京市中心，占地面积11.9万平方米，总建筑面积21.9万平方米，包括歌剧院、音乐厅、戏剧院等多个功能区域。国家大剧院采用了摩擦摆式隔震支座作为隔震装置，共设置了3072个，分布在四个独立的基础平台上[1]。摩擦摆式隔震支座具有较高的水平刚度和较低的垂直刚度，能有效地降低结构在地震作用下的水平位移和加速度，同时能承受较大的垂直荷载。国家大剧院通过采用基础隔震技术，将结构的地震烈度从8度降低到6度，大大提高了结构的安全性和耐久性。

日本东京都庁舍是一座采用基础隔震技术的高层建筑物，它位于东京市新宿区，高达243米，是东京市最高的建筑物之一。东京都庁舍采用了滚动摆式隔震支座作为隔震装置，共设置了192个，分布在两栋塔楼的基础层上。滚动摆式隔震支座具有较低的水平刚度和较高的垂直刚度，能有效地增加结构的固有周期和阻尼比，同时能承受较大的水平荷载[2]。东京都庁舍通过采用基础隔震技术，将结构在地震作用下的水平位移和加速度分别降低了约50%和70%，大大减少了结构的地震响应和破坏风险。

6 结语

总而言之，目前的基础隔震技术还存在着设计和选型、施工和维护、成本和效益等方面的主要问题，需要通过科学研究、规范制定、技术创新、管理监督等措施进行有效解决，以提高基础隔震技术的应用水平和社会效益。

参考文献：

[1]李红现,李占良,于新平等.基于大型机场下隔震支座施工技术[J].山西建筑,2023,49(05):38-41+122.

[2]万学飞,王永红,张福能等. 地下室顶板隔震支墩钢筋避让技术的应用[C]//《施工技术》杂志社,亚太建设科技信息研究院有限公司.2022年全国土木工程施工技术交流会论文集（中册）.《施工技术(中英文)》编辑部,2022:751-754.