隔震结构的强震观测进展

(内蒙古建筑职业技术学院，内蒙古 呼和浩特 010070)
摘 要：文章介绍了国外几栋隔震结构的强震观测结果， 证实了隔震结构与传统结构相比的优越性。
关键词：隔震结构；强震观测；地震
中图分类号：P315.966  文献标识码：A  文章编号： 1007—6921(2009)24—0096—02

20世纪末的20多年里，结构减震控制技术在工程抗震领域内的有效性得到了工程界的认可。 在已经开发应用的结构减震控制技术中，隔震结构是概念简单、性能稳定、造价相对低廉的 一种减震控制技术。它通过在建筑物和基础之间设置柔性层，有效地将地震能量隔离和消耗 ，减小地面运动向上部结构的传递，从而保护上部结构的安全。隔震结构的基本原理是延长 结构周期，使地震引起的变形集中在隔震系统，从而有效地降低建筑物的地震反应［1 ］［2］。

20世纪70年代末至80年代末，美国、日本、新西兰等国的学者开展了较为系统的隔震技术相 关的理论、试验研究和工程应用试点工作，先后取得了系列的成果。20世纪80年代末至90年 代初，我国的学者逐渐在隔震结构分析和设计方法、结构模型振动台试验、橡胶支座产品性 能检验检测技术、施工技术，特别是橡胶隔震支座国产化等方面开展了系统的研究和试验工 作，逐步在我国形成了橡胶支座隔震结构的成套技术。新抗震规范也将隔震和消能减震设计 列为独立的一章，标志着隔震和消能在我国已迈入推广应用阶段。

到目前为止，世界上已经有2千余幢建筑采用了隔震技术，我国也已建成数百栋隔震建筑。 但是，隔震结构经历过实际地震考验并取得地震响应的观测资料非常少，以下是为数不多的 隔震结构强震观测和相应的数值分析结果。

1 隔震结构强震观测分析
强震观测是人们认识地震特征和结构地震反应特性的主要手段［1］，也是为研究地 震地面运动规律和结构抗震性能而发展起来的一个研究方向，它已经发展成为震灾预防与地 震应急的重要基础。

对隔震结构进行强震观测，研究隔震结构在实际地震中的反应过程是提高结构分析和设计水 平的一种非常好的手段，可以直接评估建筑物的抗震性能并分析结构的非线性动力特性。同 时，观测数据中包含着隔震结构抗震性能方面的大量信息。利用这些资料，可以开展隔震结 构相关的系统参数识别、抗震性能研究、结构－土动力相互作用、结构动力反应分析方法、 结构设计规范适当性等研究。
2 隔震结构强震观测

自1932年美国研制出世界上第一台强震仪并建设了第一个强震观测站以来，多个地震国家加 强了强震的观测和研究。1994年1月，美国南加州北岭6.7级地震获得加速度记录230条，199 5年1月日本阪神地震中，在165个观测点获得了276个主震加速度记录［1］，其中最 有意义的是获得了隔震结构的强震观测记录。

2003和2004年以来，随着隔震结构在日本、美国和中国的推广使用，在日本的仙台地震和北 海道地震中，又获得了许多隔震结构的强震加速度记录和位移反应纪录，其中具有代表性的 如下所述。
2.1 洛杉矶地震

1994年1月17日，美国圣菲尔南多发生洛杉矶地震，震级M=6.7，直下型地震，死亡56人，伤 7 300人，损失很大。本次地震中观测到的南加州大学医院（图1）是一栋橡胶支座隔震结构 。地下一层，地上7层，建筑面积：33 000m²；占地：4 100m²；最高高度：36m；铅芯 橡胶隔震支座（如图2）68个，橡胶隔震支座81个。

在这栋八层医院上观测到的基础加速度为0.49g，而顶层加速度只有0.21g, 加速度折减 系 数为1.8。在这次地震及其其后的余震中，南加州大学医院6～8英尺高的花瓶等没有一个掉 下来，建筑物内的各种机器等均未损坏，医院功能得到维持，成为防灾中心，起到十分重要 的作用。由此可见橡胶支座隔震结构的优越性。
2.2 仙台地震

2003年5月26日，日本仙台发生了里氏7级的强震，持续时 间约为1min。地震的剧烈程度与1995年的阪神大地震相近，震灾和人员伤亡却没有像阪神大 地震那样严重。本次地震中观测到日本的第一栋高层隔震建筑——仙台森大厦（如图3）隔 震层的地震动、最大加速度反应和隔震层位移反应等。

该建筑地上18层，地下2层，建筑面积43 193m²，最高高度84.9m，隔震层采用弹性滑 动支 承与叠合橡胶并用的方法。隔震层设置于首层和地下室之间,共使用了36个隔震支座。其中 直径1 100mm(RB1100)的叠层橡胶支座（如图2）20个,布置于隔震层四周,直径1 200mm(RB12 00)的叠层橡胶支座6个,在隔震层两边和中间各布置2个,在中间轴力较大位置布置了10个直 径1 300mm(SLD1300)的弹性滑板支座（如图4）。

在该建筑物上观测到的地震动比规范中规定的发生罕遇地震的地震动要小，建筑物的周期实 测值与理论值基本一致。一层横向的最大加速度为35.7cm/s²，为隔震层最大加速度 的65％，纵向的最大加速度为55.0 cm/s²，为隔震层最大加速度的80％，隔震层的最大位 移20 mm［2］。将观测到的实际地震波输入建筑物，得到的动力反应分析结果与隔震 建筑上观测到的结果相一致，从而可看出设计时采用的动力分析模型是实用的［3］ 。

2.3 北海道地震   

2003年9月26日，日本北海道地区发生了里氏8级的大地震，这也是80年来日本发生的震级最 高的一次地震，并且此次地震是直下型地震。地震后隔震建筑的内外装饰无损坏，也无物体 倾倒现象，验证了隔震结构在大震下的安全性和有效性。

此次地震中观测到了很多中低层隔震建筑的加速度记录。如地下1层，地上9层的钏路合同厅 ，总高43.7m，隔震层采用天然橡胶支座、铅阻尼器和钢棒阻尼器。建筑内共布置了6台加速 度计进行强震观测，观测到地面加速度为260 cm/s²，地下1层最大加速度为地面的2/3， 隔震层最大加速度不到地下1层的1/2，约为地面的1/3［4］；采用高阻尼橡胶支座的 隔震建筑物－－钏央脑神经外科医院（如图5），地上4层，全高15.30 m，最高部位高20.10  m。在基础上部、一层楼板和2层楼板处设置加速度观测仪，观测结果见表1［5］； 万木建筑出版社（如图6），地上3层，总高9.6m，基础处设置了叠层橡胶支座和铅阻尼器， 观测结果见表2［6］。另外还有北海道钏路市的第一座隔震医院等等。从这些观测记 录可见，隔震建筑确实可以有效降低上部结构的地震反应。并且，建筑物设计时的解析结果 和观测记录符合得相当好，确认了目前设计和计算方法的可靠性。

同时，此次地震中观测到札幌市一栋地上20层，总高64.2m的高层综合性隔震住宅的最大加 速度记录，将设计时的解析结果和观测结果进行比较（如图7、8），对比结果表明设计高层 隔震结构时，为了使上部结构不产生过大变形，有必要考虑变形模型等结论［7］。

我国目前还没有在隔震建筑中安装相应的强震观测仪器，在隔震建筑的强震观测领域还有待 加强。
3 结论

从以上强震观测的记录足以能够证实隔震结构在地震作用下的安全性和有效性。随着经历强 地震的隔震结构数量的不断增长和强震观测的积累，隔震结构优于普通抗震结构的认识会得 到专业技术人员和社会公众进一步的认可。此外，再加上隔震技术规范的制定和相关配套技 术的出现，隔震结构在工程中将会得到更广泛的应用。
［参考文献］
［1］ 唐家翔，刘再华建筑结构基础隔震［M ］武汉：华中理工大学出版社，1993.
［2］ 施卫星，李正升建筑结构基础隔震系统的发展和应用［J］结构工程师，1 997：(1),14～18.
［3］ 周雍年强震观测的发展趋势和任务［J］世界地震工程，2001，（12）：1 9～26.
［4］ 寺屿知宏，小室努，等2003年5月26日地震中宫城县仙台森大楼地震反应分 析之强震观测结果［C］日本建筑学会学术讲演梗概集，2004：261～262.
［5］ 中岛，小室努，等2003年5月26日地震中宫城县仙台森大楼地震反应分析 之使用观测记录波的地震反应分析［C］日本建筑学会学术讲演梗概集，2004：263～264. 
［6］ 鹿屿俊英，藤田久志，等2003年十胜冲地震中钏路合同厅的地震反应分析之 强震观测记录分析［C］日本建筑学会学术讲演梗概集，2004：265～266.
［7］ 伊泽清治，寺田均，等2003年十胜冲地震中钏路市隔震医院的反应分析之建 筑概况及观测记录［C］日本建筑学会学术讲演梗概集，2004：269～270.
［8］ 铃木芳降，竹中康雄，等2003年十胜冲地震中钏路市隔震办公楼的地震反应 分析之地震观测记录［C］日本建筑学会学术讲演梗概集，2004：279～280.
［9］ 山田高之，川井伸泰，等2003年十胜冲地震中高层隔震建筑物的地震反应分 析［C］日本建筑学会学术讲演梗概集，2004：285～286.

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