淺談基礎隔震技術在建筑結構設計中的應用

藍志宇

【摘 要】通過基礎隔震技術的采用，有效降低上部結構受到地震的影響，在保證了建筑物功能、安全和耐久性的基礎上，還可以提高經濟性。本文通過對隔振技術的基本原理分析及結構隔震設計方法、過程進行敘述，同時對隔振層的構造措施及施工要點也進行了簡單的介紹。

【關鍵詞】發展背景；基礎隔震設計；隔震構造措施；施工要點

一、發展背景

隨著經濟的發展和城市化進程的不斷加快，人們對建筑的使用功能也有了更高的要求。但以往傳統抗震結構設計是通過增強結構強度來抵抗地震，容許結構構件在地震時進入非彈性狀態，具有一定的延性，以結構本身的損壞為代價消耗地震能量，減輕地震反應。由于福建地區屬于高頻地震區域，沿海城市地震烈度多數大于等于7度0.1g。在這類地區，按傳統抗震結構，因抗震需要，常造成建筑構件尺寸過大，影響實際使用空間與建筑功能。同時當發生超過設防烈度地震時，由于承重構件在地震中的不斷損傷，累計到一定程度還可能會引起房屋倒塌，不能保證房屋大震不倒的要求。

基礎隔振技術是將支撐在隔震系統上的整個建筑物在地震時具有較大的剪切變形能力，使地震的各種破壞力對上部建筑物的直接拉力降至最小，減小上部結構的地震反應（一般可減小至1/5左右），確保建筑物在任何突發強地震中不被破壞和倒塌，是一種立足于“隔”的以柔克剮、以隔減震的積極抗震的方法?？梢哉f，從“抗”到“隔”，是抗震設防策略的一次重大改變和飛躍。同時在隔震效果、建筑經濟性、耐久性及改善建筑功能上效果同樣顯著。因此隔震技術也逐步被公眾和政府部門所認可。目前，全國多個省市自治區相繼出臺系列規章，促進隔震技術的推廣應用。

二、工程概況

某建筑工程共五層，位于沿海城市，總面積為3100平方米，框架結構體系，采用了鉛芯橡膠隔振底座作為基礎隔震器。下面將以該工程為案例，分析基礎隔震的基本原理。

通常隔震層的布置形式分為層間隔振和基礎隔震，而基礎隔振相比層間隔震，隔振效果更好。由于本工程地處高烈度區，且對建筑隔振有較高的要求，因此決定采用基礎隔振。其原理是在地下室頂部、建筑物的基礎與上部結構之間增設隔震層，將整個建筑分為上、下兩部分。通常隔震層的側向剛度僅為上部結構剛度的1/50到1/150，這樣可以使得建筑上部結構剛度周期得到延長。如果發生地震，由于隔震層的剛度和上部結構剛度有著較大的差異，這時整個結構體系的水平變形就會出現在隔震層。地震對上部結構產生的影響是很小的，通常都為剛性運動，這樣就對地震時整個建筑起到了很好的保護作用。

三、建筑隔震設計方法

在進行建筑隔震設計之前，首先要詳細掌握建筑物所在區的抗震參數以及要達到減震目標，主要包括以下指標：設防烈度即該建筑場地的抗震烈度，場地類型及地震分組，地震波加速度峰值包括多遇地震時加速度峰值以及罕遇地震時加速度峰值。減震目標包括使上部結構的地震響應降低的度數以及同時保證在風荷載和微小地震下上部建筑不產生微小振動等。我國各地區抗震參數詳見《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）附錄A，確定建筑隔震的重要參數后先進行整體設計，而后進一步進行隔震體系設計。

1.整體設計步驟

（1）方案選定

從建筑功能、場地條件等方面進行隔震方案可行性研究，并初步確定隔震結構的方案。本工程地處高烈度區，且對建筑隔振及建筑功能均有較高的要求，因此決定采用基礎隔振。

（2）動力分析計算

設定上部結構和隔震層參數，取計算模型，進行動力分析，驗證以上方案是否滿足預期的設計要求，若不滿足，則調整上部結構或隔震層參數直至滿足設計要求。

（3）上部結構設計

按傳統抗震設計方法分析計算上部結構，但水平地震作用取隔震后的數值，且部分抗震構造也相應變化。

（4）隔震層設計

隔震層力學性能，隔震支座在罕見地震下的水平位移驗算，水平剪力計算，隔震層連接設計等。

（5）下部結構及基礎設計

按傳統抗震設計方法分析計算。

2.隔震體系設計步驟

四、隔震構造要求

日常工作中，對于該種建筑結構類型來說，保證發生地震時隔震層可以承擔大部分地震位移，減少上部結構位移作為隔震構造方法的關鍵?；谶@一要求，隔震器的設置應確保滿足以下三點基本要求：a、在隔震支座附近一定范圍內沒有任何障礙物存在；b、在隔震層的下部和上部結構之間要設置好隔離縫；c、要將隔震建筑與局部無需隔震的建筑之間脫離開，對于通過隔震層的管道接頭要選用柔性構造。下面將詳細的對隔振構造方法進行分析。

1.適應隔震層變形的構造

若將隔震支座設置低于地面的標準高度，這時要在建筑物的四周各設置一條隔離縫，將建筑物懸挑部分和地面之間托開。為了保證在地震發生時隔振層具有充足的位移空間，隔震層以上建筑物20厘米范圍以內不能有和地面相連接在一起的物體。

2.多樓梯的處理

建筑物外部非隔震樓梯和隔震主體結構不能連接在一起，為了避免在地震發生時對隔震主體的位移造成阻礙或者是兩者出現碰撞，應將隔振部分的扶手和欄桿與非隔振樓梯的扶手或者是欄桿錯開或者是斷開。

3.其它構造要求

通過隔震層的豎向導線以及柔性導線要符合以下要求：對于直徑比較小的柔性管線，需要在隔震層處預留一定的伸展長度，其大小不能低于15厘米，對于直徑比較大的管道在隔震層要采用柔性接頭，同時要確保其具有可以發生15厘米以上的水平變形的能力。除此之外，要根據使用功能要求，采用柔性材料對隔震層形成的縫隙進行封堵和填塞。

五、施工技術要點

在隔震層施工過程中應特別注意以下幾個問題，以更好的實現隔震效果。

第一，為了減少柱的附加內力，要將柱的施工垂直偏差控制在5毫米以內；第二，每一層施工都要對隔離支座的變形情況進行仔細的觀察，同時要記錄觀察的結果，如果發現有異常情況存在要及時聯系設計單位，以便于能及時采取相應的措施進行處理；第三，在工程竣工之后，要做好對隔振墊的定期維護和檢查，用戶不能隨意對墻上的鑿洞進行敲打以免破壞主體結構的傳力路徑。

六、結束語

由于我國幅員遼闊，許多省、市都位于高烈度地區，所以抗震減災的形勢非常嚴峻，防震、抗震工作量大。用橡膠支座進行建筑物基礎隔震的技術已比較成熟，其實際應用價值已得到了驗證。加快這一技術的推廣應用，特別是在高烈度地震區的應用具有重要意義，市場前景也十分廣闊。

【參考文獻】

【1】 曹廣明，何嘉焱.淺談多層磚混建筑抗震設計的幾點要求[J].黑龍江科技信息，2010，（18）.

【2】 李瑞明.關注地震災害強化建筑抗震設計[J].中國新技術新產品，2009，（14）.

【3】 日本隔震構造協會.隔震構造入門[M]。OHM出版社，1995.