談層間隔震在加層建筑中的應用

劉 芳

(中核新能核工業(yè)工程有限責任公司，山西 太原 030012)

談層間隔震在加層建筑中的應用

劉 芳

(中核新能核工業(yè)工程有限責任公司，山西 太原 030012)

介紹了層間隔震在加層建筑的作用及意義，主要從安全性、經濟性、靈活性三方面闡述了加層隔震結構具有的優(yōu)勢，最后對加層隔震技術的發(fā)展趨勢進行了展望，為建筑抗震設計的研究奠定了基礎。

加層，層間隔震，基礎隔震

1 概述

我國是一個地震多發(fā)國家，在建筑結構抗震研究方面做了大量工作，人們對地震破壞機制的研究、抗震設計理論的應用日趨成熟。20世紀后期，工程界出現(xiàn)了一種新的抵抗地震技術即隔震，該技術與傳統(tǒng)抗震方法有很大的不同，它通過設置隔震裝置來吸收和消耗輸入的地震能量以減小結構地震反應，對地震由“抗”變“導”，是一種積極主動的減震方法。人們對基礎隔震技術的研究已經形成一套完整的理論并在實際工程中得到了廣泛的應用，層間隔震是在基礎隔震的工程實踐中發(fā)展起來的一種新型隔震形式，在舊建筑物加層改造中應用較多，拓寬了隔震技術應用范圍。層間隔震技術是將隔震裝置設置在建筑物某層柱子和樓板之間進行結構地震反應控制，可以解決基礎隔震的某些缺陷，如近海建筑海水漲潮對橡膠隔震支座的侵蝕[1，2]。祁皚[4]對層間隔震結構的適用范圍、優(yōu)點以及其在實際工程中的應用情況進行了綜述[4]。

層間隔震在加層建筑中的應用：1)對于建筑基底和柱承載力有較大的富余時，當給舊的建筑物加層的時候可以在舊建筑物頂部增加隔震設計。這種做法不僅增強了建筑物的減震效果，同時簡單方便，很容易實施。2)對于上下結構不同的建筑物使用普通的基礎隔震在建筑物發(fā)生變化的樓層在地震的作用下很容易遭到破壞，這時候就可以使用層間隔震框架結構在發(fā)生變化的樓層部位設置隔震層。有效地加固了建筑，降低地震時發(fā)生的損壞。國內已建成了一定數量的層間隔震建筑，如北京的通惠家園小區(qū)，廣州地震監(jiān)測中心樓等[5]。

2 研究加層隔震技術的意義

加層隔震結構具有以下優(yōu)勢：

1)安全性：我國有170多個城市的抗震設防烈度位于7度以上，20世紀70年代以前的房屋限于當時的經濟實力和對城市發(fā)展速度的估計不足，新建樓房大都是低層的且未考慮抗震設計，因此可將加層改造與抗震設計結合起來，既解決了城市對房屋住房面積需求的問題，又增強了房屋的安全性，獲得事半功倍的效果。

隔震可以明顯減輕結構的地震反應，結構的加速度反應只有傳統(tǒng)抗震結構加速度反應的1/2～1/8，相應結構的安全性提高2倍～8倍。隔震結構遭遇罕遇地震時,隔震支座上部結構仍能處于正常的彈性工作狀態(tài)。這對于一般民用建筑結構可以確保人們在強地震中的安全；對某些重要構筑物、生命線工程、內部有重要設備的建筑物等,確保其在強地震中正常使用[7]。設置隔震支座可以使建筑在發(fā)生強烈地震時從強烈的擺動變?yōu)橄鄬ζ骄彽钠絼?，從而達到有效降低建筑物內部物品地震時的移動、翻倒、摔碎概率的目的，減少了火災等次生災害的發(fā)生。這對于存有文物、精密儀器、有毒氣體、放射性物質等物品的博物館、科技館、軍工廠、化工廠、核工業(yè)在地震時的安全性至關重要。

2)經濟性：進入21世紀以來，我國隨著城市化進程加快，土地供應緊張，地價日漸飛漲，如何利用緊缺的土地資源，解決土地供求矛盾，保護我們賴以生存的耕地，實現(xiàn)土地更大化的綜合利用已經成為我國建筑領域關注的問題之一。一種不用新占土地、避免舊樓大拆大建造成的資源浪費、建筑垃圾、環(huán)境污染及拆遷的“抗震低層樓房加層結構”技術已漸漸步入建筑領域，破解了以往推倒再建的改造模式，引領舊樓改造的新亮點。

舊房加層改造,可充分利用地基在原建筑物長期荷載作用下承載力的增長值,通常不需處理或略加處理直接進行舊房加層改造,其經濟效益十分顯著。根據工程實踐,新增建部分的造價比拆除重建可節(jié)省資金30%～60%，比大拆大建縮短工期30%～50%。隨著我國城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略的深化和經濟的不斷發(fā)展，人們對建筑安全性的要求逐步提高，傳統(tǒng)的直接加層并不能減輕結構在地震下的反應，而采用加層隔震能很好控制結構地震響應。

通過統(tǒng)計分析，隔震對房屋造價提高不明顯，隔震支座阻斷了地震力的直接傳遞，大幅度降低其上部結構承受的地震力,可以減小上部結構截面，節(jié)省材料。雖然隔震支座要使預算增加約5%,但對工程總造價提高不明顯,在高烈度區(qū)(8度，9度區(qū))還能節(jié)省工程造價(見表1)。

3)靈活性：經加層與改造,可重新進行建筑平面及立面調整、適當裝修,改善房屋的使用功能,使舊房煥然一新，既保持了原建筑的特色和風貌，又美化了城市市容。由于不用搬遷不拆除原建筑,可盡量做到在不停止原有建筑使用的條件下進行施工,不誤生產、教學與工作。

表1 隔震結構經濟性對比

3 展望

我國在基礎隔震研究方面取得了較大的研究成果，在工程領域有了廣泛的應用，新版抗震規(guī)范已經包含了隔震設計內容。層間隔震相對基礎隔震，起步較晚，目前還處于初級階段，尚處于不斷發(fā)展和完善之中。在工程中已經有了應用，但是還沒有大面積推廣。還有諸多問題有待進一步研究和解決，仍需在以下幾個方面進一步加強研究和開發(fā)：1)層間隔震施工工藝的制定；2)層間隔震建筑多向地震響應分析；3)剪力墻結構加層隔震設計；4)隔震結構混合控制研究；5)高層建筑層間隔震的抗風設計；6)大高寬比隔震結構性能研究和設計方法。

[1] 蘇經宇，曾德民，田 杰.隔震建筑概論[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2012.

[2] 徐忠根,胡敏茵,周福霖.房屋建筑中間層隔震研究[J].工程抗震與加固改造，2004(5)：23-28.

[3] 謝軍龍,周福霖.多層房屋結構TMD“加層減震”試驗研究和應用[J].世界地震工程,1998,14(4):57-60.

[4] 祁 皚.層間隔震技術評述[J].地震工程與工程振動,2004,24(6):114-120.

[5] 周福霖，張 穎，譚 平.層間隔震體系的理論研究[J].土木工程學報,2009(7)：22-23.

[6] 董 有,鞠樹森.既有建筑砌體結構、混凝土結構加層技術淺析[J].中國勘察設計,2012(3):19-23.

[7] 蘇經宇,曾德民.我國建筑結構隔震技術的研究與應用[J].地震工程與工程振動,2001,21(4):77-80.

[8] 譚 平,周福霖.隔震技術的研究與工程應用[J].施工技術,2008,37(10):55-57.

[9] 許航莉，祁 皚，范宏偉.鋼筋混凝土框架加層隔震設計方法與應用研究[J].工程抗震與加固改造，2010，32(2):7-10.

[10] 奉 鵬.層間隔震框架結構地震反應動力分析[D].長沙:中南大學，2010.

On the story isolation applications in adding-story architecture

Liu Fang

(CNNCXinnengNuclearEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030012,China)

The paper introduces the role and meaning of story isolation in adding-story building, describes advantages of adding-story structure from three aspects of safety, economy and flexibility, and finally makes a prospect for the development trend of adding-story isolating technology, which has laid a foundation for studying building seismic-resisting design.

adding-story, story isolation, foundation isolation

2015-06-13

劉 芳(1986- )，男，碩士，助理工程師

1009-6825(2015)25-0054-02

TU352.12

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