晉源區(qū)實驗中學(xué)宿舍樓隔震分析

杜相安

（太原市城市規(guī)劃設(shè)計研究院 030012）

1 工程概況

本工程為晉源區(qū)實驗中學(xué)宿舍樓，地上六層，地下一層，結(jié)構(gòu)總高度20.4m，本工程為框架結(jié)構(gòu)，采用隔震技術(shù)，設(shè)置隔震層，以達(dá)到抗震設(shè)防的要求。建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，設(shè)計使用年限為50年，建筑抗震設(shè)防類別為特殊設(shè)防類（乙類）。本工程地基土類別屬于中軟土，建筑場地類別為III類。擬建建筑物地基液化等級為非液化。主樓采用梁板式筏型基礎(chǔ)。本工程隔震支座選用GZY600、GZY700，鉛芯型。

我國現(xiàn)行國家規(guī)范對學(xué)校、醫(yī)院等人員密集的公共服務(wù)設(shè)施的抗震設(shè)防類別高于普通建筑物，以保證此類建筑的安全性。由于我市晉源區(qū)實驗中學(xué)宿舍樓屬于高烈度地區(qū)，如采用普通結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)防目標(biāo)，其構(gòu)件尺寸將會有所加大，既不經(jīng)濟，也對建筑的使用功能造成一定的影響。針對本工程的結(jié)構(gòu)形式，采用了相應(yīng)的減震耗能技術(shù)，是解決學(xué)校類建筑物抗震設(shè)防的一種較好方法。

隔震技術(shù)的基本特性：隨著社會的發(fā)展、科技的進步，人們對結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性的要求也越來越高。因此，傳統(tǒng)的設(shè)計方法必須進行改進，大力發(fā)展應(yīng)用已成熟的隔震技術(shù)是非常必要的。隔震墊在豎直方向可模擬成豎向剛度很大的彈性支座，水平方向模擬成彈簧＋阻尼，以減小結(jié)構(gòu)水平剛度，增大結(jié)構(gòu)阻尼，最終達(dá)到減小地震力和消耗地震力的效果。也就是說隔震支座既具有足夠的豎向承載力，可以安全支撐上部結(jié)構(gòu)的所有荷載。又具有足夠可變的水平剛度，使剛性的抗震結(jié)構(gòu)體系變?yōu)槿嵝愿粽鸾Y(jié)構(gòu)體系。明顯地降低上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。根據(jù)隔震層隔震裝置的不同，基礎(chǔ)隔震可分為橡膠墊基礎(chǔ)、滑移基礎(chǔ)隔震和混合基礎(chǔ)隔震等多類。其隔震原理基本相同，都是通過隔震層削弱而不是強化上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)間的聯(lián)系，改變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動力特性，避免共振或接近共振現(xiàn)象的發(fā)生，達(dá)到減小地震作用力和限制隔震層位移的目的。

隔震墊選用原則：①要有足夠的支撐力。由于上部結(jié)構(gòu)的所有荷載均落在隔震墊上，所以隔震墊必須具有足夠的豎向剛度。豎向應(yīng)力不超過隔震墊的基準(zhǔn)面壓力。②在滿足重力荷載的基礎(chǔ)上，應(yīng)該使隔震層的剛度盡量小，以取得良好的隔震效果。③結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度和平動剛度比值在合理范圍內(nèi)，即控制第1扭轉(zhuǎn)周期/第1平動周期大約為0.9；如果周期比大于0.9的話說明工程的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度相對于平動剛度來說小了，地震中會可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。④控制隔震墊在水平地震作用下的最大水平變形，以保證隔震的有效性。

隔震層的布置：隔震層宜設(shè)置在結(jié)構(gòu)第一層以下的部位。其布置原則如下。①隔震層由隔震支座，阻尼裝置和抗風(fēng)裝置組成。阻尼裝置和抗風(fēng)裝置可與隔震支座合并，也可以單獨設(shè)置，如有必要也可以設(shè)置限位裝置。②隔震層剛度中心宜于上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心重合。同一隔震層內(nèi)各個橡膠隔震支座的豎向壓應(yīng)力宜均勻。隔震支座的極限水平變位應(yīng)大于其有效直徑的0.55倍和支座內(nèi)部橡膠總厚度的3倍二者的較大值。以避免結(jié)構(gòu)在地震作用下上部結(jié)構(gòu)發(fā)生過大的扭轉(zhuǎn)變形。③隔震層在罕遇地震作用下應(yīng)保持穩(wěn)定，不宜出現(xiàn)不可恢復(fù)的變形；在罕遇地震作用下，隔震支座不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)少數(shù)隔震支座出現(xiàn)拉應(yīng)力時，其拉應(yīng)力不應(yīng)大于1MPa。④隔震支座的平面布置應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)的平面位置相對應(yīng)。⑤在建筑物四周200mm范圍內(nèi)不應(yīng)有任何高度超過隔震層的物體，以保證地震時隔震層的水平位移不受限制。隔震支座頂面標(biāo)高宜位于室外地平面以上，若位于地平面以下，則需要挖掘隔震溝，溝寬不小于200mm，并做好排水。

隔震結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求：隔震建筑應(yīng)采取不阻礙隔震層在罕遇地震發(fā)生大變形的措施。

（1）上部結(jié)構(gòu)的周邊應(yīng)設(shè)置防震縫，縫寬不宜小于各隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移值的1.2倍。

（2）上部結(jié)構(gòu)（包括與其相連的任何構(gòu)件）與地面（包括地下室和與其相連的構(gòu)件）之間，宜設(shè)置明確的水平隔離縫；當(dāng)設(shè)置水平隔離縫確有困難時，應(yīng)設(shè)置可靠的水平滑移墊層。

（3）在走廊、樓梯、電梯等部位，應(yīng)無任何障礙物。

隔震層與上部結(jié)構(gòu)的連接，應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）隔震層頂部應(yīng)設(shè)置梁板式樓蓋且應(yīng)符合下列要求：

①應(yīng)采用或裝配整體式混凝土板。現(xiàn)澆板厚度不宜小于140mm；配筋現(xiàn)澆面層厚度不應(yīng)小于50mm。隔震支座上方的縱、橫梁應(yīng)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

②隔震層頂部梁板的剛度和承載力，宜大于一般樓面梁板的剛度和承載力。

③隔震支座附近的梁、柱應(yīng)計算沖切和局部承壓，加密箍筋并根據(jù)需要配置網(wǎng)狀鋼筋。

（2）隔震支座和阻尼器的連接構(gòu)造，應(yīng)符合下列要求：

①隔震支座和阻尼器應(yīng)安裝在便于維護人員接近的部位；

②隔震支座與上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間連接件，應(yīng)能傳遞罕遇地震下支座的最大水平剪力；

③隔震墻下隔震支座的間距不宜大于2.0m；

④外露的預(yù)埋件應(yīng)有可靠的防銹措施。預(yù)埋件的錨固鋼筋應(yīng)與鋼板牢固連接，錨固鋼筋的錨固長度宜大于20倍錨固鋼筋直徑，且不應(yīng)小于250mm。

2 結(jié)語

隔震消能技術(shù)中，隔震墊的研究及應(yīng)用已較為成熟，具有推廣的可行性。建筑工程在采用隔震技術(shù)后，可以在不增加構(gòu)件截面的前提下，抗震性能大為提高，具有明顯的經(jīng)濟性。而且結(jié)構(gòu)設(shè)計方法簡單，可實施性強。通過動力彈塑性分析，證明采用隔震技術(shù)的結(jié)構(gòu)在高烈度區(qū)罕遇地震下也有良好的表現(xiàn)，不會喪失使用功能。隔震技術(shù)在建筑工程若能廣泛應(yīng)用，必將取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益，對建筑抗震新技術(shù)的推廣也具有深遠(yuǎn)的意義。

[1]《晉源區(qū)實驗中學(xué)宿舍樓巖土工程勘察報告》（詳勘）.

[2]《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》（JGJ297-2013）.

[3]《建筑結(jié)構(gòu)隔震構(gòu)造詳圖》（03SG610-1）.

[4]《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）.