保證隔震建筑工程質量的措施研究

李貴文（甘肅建筑職業技術學院，甘肅 蘭州 730050）

中國是地震多發國家之一，主要分布在臺灣、西南、西北、華北、東南沿海地區和23條地震帶上。地震災害不斷發生，造成大量的人員傷亡以及房屋、橋梁等建筑物的破壞或倒塌。尤其是大地震，更是一種突發性、毀滅性的自然災害，能引起火災、水災、房屋倒塌、有毒氣體泄漏、細菌及放射性物質擴散，還可能造成海嘯、滑坡、崩塌、地裂縫等次生災害。近年來的四川汶川特大地震、青海玉樹大地震、甘肅岷縣-漳縣大地震等災害，更是引起了人們對建筑物在地震發生時工作性能的關注。如何保證在建筑物地震時的工作性能，成為我們要迫切解決的問題。建筑隔震是在建筑物和基礎之間，設置一種特殊裝置把建筑物和地面分開，隔離地震能量向建筑物傳遞，以此來消耗地震能量，避免或減少地震能量向上部傳輸，能夠更有效地保障上部結構與內部人員、設備的安全，減輕地震災害。和傳統建筑相比，隔震建筑具有設計計算復雜、材料的性能差異大、施工技術復雜、施工質量要求高的特點。如何有效保證隔震建筑的工程質量，是政府和社會共同急切研究的問題[1]。

1 大力推廣隔震建筑是建設和諧社會的需求

和傳統建筑相比，采用基礎隔震技術的建筑，可適當降低上部結構設防水準（一般可降低一度），這樣就可能使建筑布置更加靈活，并可減少一些結構的構造措施、結構構件的尺寸或配筋，從而使上部結構能節約部分土建造價。對于中高烈度地區，采用基礎隔震技術建造的建筑，可以突破現行抗震規范中對房屋層數和高度的限制，在保證高寬比的前提下可以提高一到兩層，這樣可以提高建筑物的容積率，節省建設用地，提高土地的利用率，帶來廣泛的經濟效益和社會效益。隔震建筑上部結構的地震反應減少后，其抗震可靠度大大提高，建筑的設防目標一般可以提高一個設防等級。傳統建筑的設防目標一般是“小震不壞，中震可修，大震不倒”，而合理設計的隔震建筑通常能做到“小震不壞，中震不壞或輕度破壞，大震不喪失使用功能”，其潛在的經濟效益和社會效益十分可觀。隔震建筑由于有一層柔性底層，能夠將地震能量或反饋回地面或由隔震層吸收，因此，不但可以確保結構的整體安全，并且能夠減小甚至防止非結構構件的破壞，避免發生建筑物的內部裝修、室內設備的破壞以及由此引起的次生災害，甚至可以保證建筑物在地震時正常使用功能，這對醫院、學校、幼兒園、消防中心、防災控制中心等生命線工程或其它如博物館、計算中心等重要建筑物更具有特殊的重要意義。隔震建筑物提高的設防水準，保證了大震來臨時建筑物的安全使用及人民群眾的生命財產安全，對于大震來臨時的搶險、指揮及穩定民心具有重大意義。

2 重視隔震建筑的結構概念設計

1）選擇適宜的建設場地和地基基礎：建設場地宜選擇Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類，并選用穩定性較好的基礎類型。硬場地土比較適合隔震建筑，軟弱場地濾掉了地震波中的高頻分量，但對低頻分量有放大效應，在這種場地條件下，延長隔震結構的周期反而會增大地震作用，使得隔震層位移過大。基礎的不均勻沉降會導致上部結構作用的隔震支座的豎向荷載出現重新分布，造成部分支座的實際承載力超過設計值，對結構的整體穩定造成威脅，因此，隔震建筑應該有良好的地基。

2）隔震建筑的體型要求：采用隔震設計建筑的體型系數不應大于4，對于體形系數較大的建筑物在工程設計中要進行特別研究，要保證結構在小震作用下，隔震支座不能出現拉應力，要進行罕遇地震作用下整體抗傾覆驗算，防止支座受壓屈服或者出現超過1.0MPa的拉應力。

3）合理確定隔震層（隔震支座）的位置：對于有地下室的建筑，可將隔震層設置在地下室的柱頂、柱中、柱底均可；對于地下室層高較高的建筑，可在地下室單獨設計一個隔震層。對于有人防要求的建筑，其隔震層應設在人防地下室的上面一層；大底盤多塔結構，考慮到大底盤可能用做車庫或者商場，大底盤層柱距較大，為不影響大底盤層的使用功能，可將隔震層設置在大底盤層上面一層，即在上部結構與大底盤層之間，專門設置層高1.5m～2.0m的隔震層。

4）計算模型：隔震體系的計算簡圖應增加隔震支座及其頂部梁板所組成的質點，對于變形特征為剪切型的結構，可采用剪切模型，當隔震層以上結構的質量重心與隔震層剛度中心不重合時，應計入扭轉效應的影響。

5）隔震層的整體剛度要求：為了保證隔震層能夠整體協調工作，在隔震層頂部應設計平面剛度足夠大的梁板系統，適當加大隔震層現澆樓板的厚度，適當增加該層梁板的配筋，對隔震支座附近的梁柱尤其要加強。

6）水平地震作用下隔震層的驗算：根據隔震層力學參數，隔震層在小震時的等效剛度等效阻尼比，大震時的等效剛度、等效阻尼比，采用動力時程分析法，選用適合的計算模型和符合場地頻譜特征的實際地震波及符合抗震規范反應譜要求的人工模擬地震波，分別對隔震和不隔震結構在多遇地震下和罕遇地震下的地震反應進行對比分析。

7）地震波的選取：采用時程分析法進行：計算時，應按建筑場地類別和設計地震分組選用實際強震記錄和人工模擬的加速度時程曲線，其中實際強震記錄的數量不應小于總數的2/3，多組時程曲線的平均地震影響系數曲線應與振型反應譜所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符，其加速度時程的最大值按照表1采用[2]。彈性時程分析時，每條時程曲線計算所得結構底部剪力不應小于振型分解反應譜法計算結構的65%，多條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值與不應小于振型分解反應譜法計算結構的80%。

表1 時程分析所有地震加速度時程的最大值(cm/s2)

8）適度增加建筑物的自振周期：使用水平隔震支座會適當延長建筑物的結構周期，結構周期增大，地震作用下加速度的反應譜往往遠小于隔震前，地震作用減小了。但是對于結構周期較長的高層建筑，隔震后周期改變不十分明顯，僅用延長周期的原理進行隔震設計是有局限性的。

9）適度利用隔震層的濾波原理進行設計：水平地震波（橫波）經過建筑物四周的隔震槽和側向剛度較小的隔震層后，衰減為新的輸入波形，隔震層上的結構層的地震響應可以認為是經過隔震層濾波后的新的輸入波，采用這樣的思路，在隔震結構電算時就要把原建筑按照“規范”選用的地震波改變為新的“人工波”，具體方法是先對隔震結構進行動力時程分析，得到隔震層頂面的絕對加速度時程，再以該加速度時程作用新的輸入波進行波譜分析，得到的反應譜即是“濾波譜”。

10）水平地震作用計算：隔震層以上結構的地震作用計算應符合《建筑抗震設計規范》GB50011-2010中第12.2.5條及第5章相關條款的規定。對于隔震后建筑的水平地震影響系數最大值的計算是隔震設計的核心參數。

11）水平風荷載作用：嚴格控制風荷載和其它非地震作用的水平荷載作用：風荷載和其它非地震作用的水平荷載作用水平力的標準值不應超過結構總重量的10%。否則同樣會對結構的整體穩定造成威脅。

12）豎向地震作用計算：當設防烈度為9度和8度且水平向減震系數不大于0.30時，隔震層以上的結構應進行地震作用的計算，隔震層以上結構豎向地震作用標準值計算時，各層可視為質點，按照《建筑抗震設計規范》GB50011-2010中（5.3.1-2）式計算豎向地震作用標準值沿高度的分布。特別注意豎向地震影響系數最大值的取值。

13）隔震支座的合理布置和支座的驗算：依據《疊層橡膠支座隔震技術規程》CECS126-2001[4]，隔震層總受壓力承載力設計值不應小于上部結構總重力代表值的1.10倍，每個隔震支座的受壓承載力設計值應大于上部結構傳遞到隔震支座的重力代表值；需要考慮豎向地震作用時，上部結構傳遞到隔震支座的重力代表值，8度和9度時可分別取上部結構重力代表值的20%和40%；《建筑抗震設計規范》GB50011-2010中12.2.3條則規定平均壓應力設計值應按照永久荷載和可變荷載的組合計算，對需要驗算傾覆的結構應包括水平地震效應組合，對需要進行豎向地震作用計算的結構，尚應包括豎向地震總有效應的組合。基于以上三種情況，在實際工程設計中，如何選取荷載組合就是問題的關鍵所在，設計人員必需清晰地把握哪些建筑需要進行傾覆驗算，哪些建筑需要計算豎向地震。直接利用PKPM系列軟件SATWE中的Nmax組合計算布置支座，就會出現支座數量多、支座直徑大等浪費現象。軸力的選取目前沒有相對比較成熟的軟件，規范之間的不相一致問題也比較突出，需要專門的研究[5]。隔震支座的布置應使隔震層剛度中心和上部結構的質量重心重合，其規格、數量要依據豎向承載力、側向剛度和阻尼的要求綜合確定。橡膠隔震支座在重力荷載代表值的豎向壓應力不應超過表2的規定。

表2 橡膠隔震支座壓應力限值

14）做好設計咨詢工作：大范圍推廣隔震建筑，無疑是對所有建筑設計單位的考驗，目前我國設計市場中，不同設計資質的單位，設計水平相差甚遠，對于高資質的大型設計院，可能也會出現人手不夠的情況。為保證工程的設計質量，政府監管部門應制定“隔震建筑設計咨詢”制度，聘請有豐富設計經驗的專家參與工程設計的全過程，從工程的方案設計、初步設計、施工圖設計和施工圖審查，到工程施工、工程監理等全方位指導。

3 隔震建筑施工全過程質量控制

目前我國施工驗收規范對隔震建筑的施工技術及其質量控制與管理要求缺乏指導，各參建單位對隔震房屋的施工要點普遍不太了解，施工過程中的質量控制顯得尤為重要。

1）施工準備階段的質量控制：首先技術人員在施工前應熟悉技術標準、施工圖紙、圖集、隔震分析報告等相關資料，準確理解設計意圖，設計單位在圖紙技術交底時要進行專項交底。要準確安裝隔震元件并妥善保護成品，一般橡膠隔震支座的重量都比較大，在工程施工方案中要對機械的起重量、起重半徑、起重高度進行認真復核，對安裝使用吊索、鋼絲繩、扭力扳手等工具均應滿足要求。隔震墊安裝應在承壓板下部的混凝土澆筑振搗密實并具有不低于5N/mm2的強度時進行。隔震墊要和支座進行一對一的編號，防止安裝錯位。其次要做好隔震元件的進場驗收：依據設計圖紙檢查隔震墊、預埋鋼板、高強螺栓的型號、數量，查看并合理保管產品的出廠說明書、出廠檢驗報告、產品性能保證書，并對照其指標是否滿足《疊層橡膠支座隔震技術規程》CECS126-2001和《建筑隔震橡膠支座》JG118-2000的參數要求[2]，并將以上資料的復印件轉交給結構設計單位或者技術支持單位。最后要檢查隔震墊、預埋鋼板、高強螺栓外觀質量，是否存在生銹、變形、變色、損傷、龜裂等缺陷，檢查排氣孔、澆筑孔的位置和尺寸的允許偏差。

2）施工過程中質量控制：上下支墩是安裝隔震支座的關鍵位置，上下支墩中鋼筋種類多、規格多、鋼筋密集，要在施工前進行模擬安裝，優選可靠的安裝順序，施工時嚴格按照既定順序控制安裝，調整好混凝土的澆筑位置，杜絕僅用細骨料澆筑而影響混凝土后期強度。準確可靠固定預埋螺栓的位置是支座安裝的關鍵，施工組織設計中應制訂專項施工方案，嚴格控制安裝誤差。為保證下支墩預埋鋼板的準確就位，安裝前應先建立隔震支座安裝平面控制網，采用兩臺經緯儀雙向通視，精確定位。預埋鋼板的安裝標高采用高精度水準儀控制，一定要進行互測、復測、交接測。安裝隔震墊時一定做好外露連接螺栓的保護工作，嚴格控制扭力扳手的力矩，使螺栓擰緊到達設計指標。

3）做好專項驗收工作：隔震墊施工完成后，在上部結構施工前工程的項目總監要請建設、設計、技術支持、質檢、產品供貨等單位組織專項隱蔽工程驗收，驗收合格后方可進行上部結構施工。

4）做好長期觀測記錄：上部結構施工階段應精確測量隔震墊的沉降變形，結構每加載一層做一次變形觀測，工程竣工后每半年觀測一次，變形觀測應委托有專項資質的測量單位，以確保觀測精度。

5）建筑使用過程中的保養和維護：工程竣工后隔震層部件應與周圍建筑物完全脫開，隔震層的縫隙采用柔性材料封堵，并做好橡膠支座的防火、防水維護。

4 結 語

保證隔震建筑的工程質量，科學認知是基礎，準確把握概念是關鍵，建立設計咨詢制度，逐步培育本地區專業化施工隊伍是保障。

[1]《建筑抗震設計規范》GB50011-2010

[2]《建筑隔震橡膠支座》JG118-2000

[3]《疊層橡膠支座隔震技術規程》CECS126-2001

[4]《住房城鄉建設部關于房屋建筑工程推廣應用減隔震技術的若干意見（暫行）》（建質[2014]25號）

[5]曲哲，葉列平. 建筑高層的隔震原理與技術[J]，工程抗震與加固改造，2009（05）:35。