村鎮住宅基礎隔震效果分析

李 黎，王宗華，李 天，鄭偉花

(1.南陽師范學院土木建筑工程學院，河南南陽473061;2.鄭州大學土木工程學院，河南鄭州450001)

0 引言

隔震技術能夠有效提高我國村鎮住宅抵御地震的性能，值得在村鎮住宅中進行推廣，以改善其安全性和舒適性.目前我國現行的相關規范標準及相關研究［1-6］對農村常用的一些結構類型給出了抗震設計的基本要求和相應的構造措施，但由于給出的要求和措施對于隔震減震結構設計方面缺乏針對性，可操作性不強.為了推動該技術在村鎮住宅中的應用與推廣，筆者按照GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》(文中簡稱抗震規范)給出的簡化計算方法進行了疊層橡膠支座基礎隔震的隔震計算，并且在大量計算后，對村鎮住宅基礎減震效果進行了分析.

1 標準化計算模型分析

筆者在對河南省村鎮住宅進行調查的基礎上，結合我國其他省市和地區的有關調查研究資料，進行合理的歸類、合并與調整，最終確定了若干種村鎮住宅建筑典型的平面布置形式和相應的尺寸，筆者選擇其中出現最多的一種平面布置形式，并考慮1～6層的住宅層數變化及平面尺寸變化的計算模型，來進行標準化設計，如圖1所示.建筑結構從平面上看基本為雙向對稱，隔震設計后可以使隔震層上部結構的質心與隔震層剛心基本重合，采用抗震規范中給出的簡化方法進行設計計算.

圖1 計算模型平面布置圖Fig.1 Plane arrangement of calculation model

為利于隔震結構設計的標準化，對于計算模型的層數(1～6層)，層高(單層房屋和多層房屋的一層3.6 m，二層及以上3.3 m)，墻體長度(按計算模型縱向長度變化進行考慮，但3個開間寬度保持1∶1.2∶1的比例不變，進深8 m不變)進行歸并，統一編號如表1所示.

2 基礎隔震標準化設計

筆者以模型A31在抗震設防烈度為8度，設計地震分組第一、二、三組，Ⅰ0、Ⅰ1類場地及設計地震分組第一組，Ⅱ類場地的計算為例進行說明，其余計算模型以及其它場地類型不再一一贅述.

(1)假定水平向減震系數不大于0.40，則隔震層上部結構抗震構造措施按抗震設防烈度降低一度進行處理.

(2)隔震支座的選擇與布置.選用帶有阻尼功能的鉛芯疊層橡膠支座作為隔震設備，標準化設計中使用某企業研制的鉛芯疊層橡膠支座進行計算，詳細參數如表2所示.

選用12個GZY300型隔震支座，隔震支座布置在每一個縱橫向軸線的交點位置.而后按照上述布置方式，對上部荷載進行分配計算各隔震支座的設計軸力.經驗算隔震支座豎向承載力滿足規范要求.

表1 計算模型編號表Tab.1 Numbers list of calculation model

表2 鉛芯疊層橡膠支座參數表Tab.2 Parameter of laminated rubber bearingsl

(3)隔震結構的水平向減震系數計算.按照隔震結構體系在多遇地震下的阻尼比，計算得到水平向減震系數為0.319≤0.4，符合前述假設.從隔震效果來看，基本相當于水平地震作用比不隔震時降低一度，而上部結構的抗震構造措施亦可按降低一度進行處理，減震效果明顯，隔震設計可以達到預期目標.按計算得到的水平向減震系數，計算上部結構總水平地震作用.

(4)按隔震結構在罕遇地震時的阻尼比，得到隔震結構的水平地震影響系數.驗算在罕遇地震下隔震層水平位移.

(5)隔震層頂部混凝土構件計算.砌體結構的隔震層頂部各縱橫梁都按照受均布荷載的多跨連續梁進行計算.隔震支座上部短柱配筋如圖2所示.

圖2 上部短柱配筋圖Fig.2 Reinforced map of the upper short column

(6)隔震支座連接件計算.隔震支座及其連接件上作用有上部結構傳來的軸力、剪力及彎矩，因為隔震層頂部梁剛度一般都比較大，所以可以認為柱底彎矩全部由梁承擔，隔震支座上下部的連接方式如圖3所示.

圖3 隔震支座上下部連接示意圖Fig.3 Upper and lower connection

連接鋼板如圖4所示.連接鋼板通過螺栓與預埋在混凝土構件中的預埋鋼板進行連接.預埋鋼板如圖5所示.

(7)下部結構計算.為便于隔震支座的安裝施工，地下室柱的截面如圖2所示，同時在支墩上端加配兩層間距100 mm的雙向Φ12@150鋼筋網片.

(8)標準化設計選用圖、表計算后編制標準化的設計選用圖、表，供設計人員參考，篇幅所限不再一一列出.

圖4 隔震支座連接鋼板Fig.4 Connecting plate

圖5 隔震支座預埋鋼板Fig.5 Embedded plate

3 隔震效果影響因素分析

3.1 住宅層數的影響

如圖6所示，隨住宅層數的增加，水平向減震系數大體逐漸減小，但逐漸趨于平緩.

3.2 住宅總長度的影響

如圖7所示，隨住宅總長度的增加，水平向減震系數大體逐漸減小，但逐漸趨于平緩.

4 結論

筆者研究證明:對于6層以下的村鎮住宅建筑結構，隨住宅層數的增加及住宅平面總長度的變大，隔震效果大體上逐漸增強，但變化逐漸趨于平緩.主要原因是層數較低住宅在隔震計算選擇隔震支座時主要是由罕遇地震下隔震層的水平位移控制的，因此所選隔震支座直徑較大，剛度偏大，則隔震效果下降;而層數較高時，則隔震支座的選擇主要是由豎向荷載起控制作用，因此隔震支座的剛度較為適中，隔震效果較好.

未來農村建設處于保護耕地及集約式發展的需要，在未來農村住宅建設中，多戶聯建及豎向空間的拓展將是一個重要的發展方向.在這種變革下，村鎮住宅隔震結構的這一特點將為農村住宅防震性能的提升起到更大的作用.

［1］唐家祥.隔震與消能減震結構的設計規定［J］.工程抗震，1999，15(3):13-17.

［2］SKINNER R I，ROBINSOW W H，MCVERRYO G H.工程隔震概論［M］.謝禮立，周雍年，趙興全，譯.北京:地震出版社，1996.

［3］中國工程建設標準化協會.CECS 126:2001疊層橡膠支座隔震技術規程［S］.北京:中國工程建設標準化協會，2001.

［4］中華人民共和國建設部.GB 50011—2010建筑抗震設計規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2010.

［5］周錫元，吳育才.工程抗震的新發展［M］.北京:清華大學出版社，2002.

［6］日本免震構造協會.隔震結構入門［M］.北京:科學出版社，1998.