建筑結(jié)構(gòu)隔震加固作用分析

(山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院， 山東 青島 266590)

1 緒論

隔振技術(shù)在全世界范圍內(nèi)的應(yīng)用是比較廣泛的，尤其是中低層建筑適用性更強，效果明顯。隨著建筑業(yè)的突飛猛進(jìn)，隔振技術(shù)也逐步使用在了高層建筑領(lǐng)域，其中的應(yīng)用主要涉及隔振支座的拉應(yīng)力，高層建筑結(jié)構(gòu)相對于普通中低層高寬比比較大，過大的高寬比致使建筑物的傾覆效應(yīng)十分明顯，需要支座提供較大的抗拉能力，這也是目前最主要的研究問題。

1.1 傳統(tǒng)抗震加固方法

傳統(tǒng)的抗震加固方法伴隨著國內(nèi)外學(xué)者研究的不斷深入以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，我們對地震的研究和其振動原理以及對建筑物結(jié)構(gòu)造成的損害都有了更新的認(rèn)識。在實際的施工過程中，相關(guān)工作人員總結(jié)出了以下幾種最常用的建筑結(jié)構(gòu)抗震施工方法:磚砌體的混凝土板墻加固法、增設(shè)抗震墻加固法、框架柱的加固方法、增設(shè)支撐加固法。

1.2 隔震加固方法

隔振和抗震在基本原理上是不同的，隔振加固的方法基本分為兩類，一是基礎(chǔ)隔振，這一方法就是將隔振加固設(shè)施安裝在建筑結(jié)構(gòu)的底部和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上層之間；另一種方法即層間隔振加固，這種方法是在原來的既有的建筑結(jié)構(gòu)的上面安裝由一定質(zhì)量和用來隔振的支座共同組成的建筑耗能裝置，在地震發(fā)生時，這一裝置可以吸收部分地震產(chǎn)生的能量，在消耗地震能量的過程中減小地震對建筑物的作用。

1.3 隔震加固方法對比傳統(tǒng)抗震加固方法的優(yōu)點

（1）與傳統(tǒng)抗震相比較，在強震的作用下，隔振加固措施比抗震加固措施更容易吸收地震能量，降低建筑物的破壞，尤其是隔振裝置可以更明顯的保持建筑物上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。所以，隔振技術(shù)在強震作用下有更明顯的優(yōu)勢保持建筑物的安全性。

（2）隔振加固方法可以有效降低工程造價。傳統(tǒng)的抗震加固技術(shù)是對建筑物整體，包括上部結(jié)構(gòu)很多方面都要進(jìn)行加固，而隔振技術(shù)只需要對建筑物的底部增加剛度比較小的簡單隔振層或者對部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行補強就可以保證上部建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，不僅減小了施工難度，同時節(jié)約了大部分成本，降低了工程造價。

（3）隔振加固技術(shù)所能應(yīng)用的工程技術(shù)形式更加廣泛。隔振技術(shù)相比較抗震技術(shù)具有更加廣泛的應(yīng)用空間，在建筑工程工程形式上可以應(yīng)用到一般建筑、重要性建筑等，還有建筑物的各種結(jié)構(gòu)體系磚石、鋼混、純鋼結(jié)構(gòu)都適用。

2 隔震加固的原理及性能目標(biāo)的劃分

2.1 隔震加固技術(shù)的原理

隔震方法的使用在大型地震作用時展現(xiàn)出了很好的效果,證明了隔震技術(shù)的安全性和有效性,與傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系上部結(jié)構(gòu)變形較大相比，隔振方法可以保持底部水平的微小運動，變形量較小，保持彈性或不進(jìn)入明顯的彈塑性狀態(tài),可近似地認(rèn)為地震能量和變形全部集中在隔震層并由耗能裝置耗散(吸收),因而上部結(jié)構(gòu)不需要另行采取加固措施。

2.2 基礎(chǔ)隔震體系的分類

(1)橡膠支座隔震體系

橡膠支座隔震結(jié)構(gòu)由上部結(jié)構(gòu)和隔震層組成,隔震層由疊層橡膠支座組成。這種隔振設(shè)置在遇到大風(fēng)或者小型地震的時候可以較小幅度的改變水平剛度，使結(jié)構(gòu)的上部水平位移變化更小，在受到的地震強度較大時，隔振支座可以改變結(jié)構(gòu)體系的性質(zhì)，在建筑結(jié)構(gòu)和下部基礎(chǔ)之間產(chǎn)生相對運動，使得上部結(jié)構(gòu)和下部基礎(chǔ)形成半獨立的體系，從而有效的將地震作用減弱，避免建筑物受損。

(2)滑動隔震體系

常見的有水平摩擦滑動隔震系統(tǒng)、滾動隔震系統(tǒng)和摩擦擺動隔震系統(tǒng)。摩擦滑動隔震裝置在一開始就有一定的剛度值，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)滑移的時候不存在剛度增量，在遇到小程度的地震時，摩擦滑動隔震裝置可以有效阻止上部結(jié)構(gòu)的相對滑動，可以使建筑與地面一起發(fā)生運動，當(dāng)遇見大型地震時，摩擦滑動隔震裝置提供的摩擦力不足以抵抗外界的地震作用力，產(chǎn)生相對滑移，此裝置這才開始發(fā)揮作用，將地震力控制在合理的范圍內(nèi)，不會破壞上部結(jié)構(gòu)，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

(3)混合隔震體系

混合隔振體系指的就是將上述兩種支座的使用方式相結(jié)合，更全面、安全的發(fā)揮隔振的優(yōu)勢，主要有并聯(lián)和串聯(lián)兩種形式的鏈接，克服了前兩種隔振裝置在單獨作用下的缺點。實際的工程應(yīng)用中較多的是采用疊加層的鋼板橡膠隔振類型支座與滑動摩擦類型的支座相互串聯(lián)。進(jìn)一步地可以分為復(fù)合式、分離式兩種形式的串聯(lián)機(jī)構(gòu)。這種串聯(lián)機(jī)構(gòu)可以更有效的傳遞地震作用下的水平剪力，對上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性維持有更好的效果。

2.3 基于性能的隔震加固性能水準(zhǔn)的劃分

一般結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)的劃分。結(jié)構(gòu)的目標(biāo)性能是指在一定超越概率的地震發(fā)生時,結(jié)構(gòu)期望的最大破壞程度。在基于性能的建筑物結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中,一般情況下隔振加固結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)的劃分分為兩種：一種是在現(xiàn)有的規(guī)范中所給出的各種結(jié)構(gòu)的目標(biāo)性能，一般體現(xiàn)的是建筑結(jié)構(gòu)抗震的通用點，是在抗震設(shè)計中必須遵守的也是最低的要求；另外一種就是根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)不同的用途，還有其他的特殊要求所訂立的，不同的結(jié)構(gòu)不同要求，針對的是具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)結(jié)構(gòu)所需要的來訂立新的要求。

3 隔震加固的施工方案

3.1 混凝土柱的隔震改造加固

(1)隔震支座的安裝

按照隔震設(shè)計對隔震層以下柱子的要求和放置隔震支座施工需要,原來的柱子要將四周用來安裝隔振支座的區(qū)段去掉，重新澆筑新的外包柱子，用以加固、支撐。外包鋼筋混凝土下段的底部應(yīng)座落在原有混凝土柱的基礎(chǔ)上,并將原基礎(chǔ)擴(kuò)大,頂部做成牛腿型。外包混凝土達(dá)到設(shè)計強度之后,在短支墩之間打入楔形鋼墊塊,使短支墩有能力穩(wěn)固地支撐上部結(jié)構(gòu),之后切除高度為b的原混凝土柱段。

(2)支撐結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計

支撐結(jié)構(gòu)的上部外面包混凝土的高度要滿足相應(yīng)建筑接合面的抵抗剪力要求，在原柱截斷后支撐結(jié)構(gòu)必須承擔(dān)原柱的全部豎向荷載,新老混凝土結(jié)合面的抗剪承載力應(yīng)大于該柱的軸向壓力。為了更好體現(xiàn)新舊混凝土結(jié)合粘結(jié)力，提高抵抗剪力的能力，一般在外包混凝土中埋設(shè)U形或者全封閉式的鋼筋。

3.2 剪力墻的隔震改造加固

安裝剪力墻下隔震支座的支撐結(jié)構(gòu)與柱子有所不同。首先要在已有剪力墻的內(nèi)部和外部現(xiàn)澆四根梁用于結(jié)構(gòu)支撐，還要在剪力墻下部隔振支座處現(xiàn)澆混凝土構(gòu)造柱，構(gòu)造柱的支撐力源自原來的剪力墻結(jié)構(gòu)。最后，不同的構(gòu)件類型要按照不同的受力條件計算確定。

4 結(jié)論

近年來,高層建筑結(jié)構(gòu)成為未來的發(fā)展趨勢,高層隔震技術(shù)也在我國得到廣泛的應(yīng)用。隔震措施可以使上部結(jié)構(gòu)在大地震情況下呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，使上部結(jié)構(gòu)不至被破壞，然而在大震、特別在超大震作用下隔震層位移、結(jié)構(gòu)整體的抗傾覆安全都需要特別研究。本文通過學(xué)習(xí)國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)出了基于設(shè)計理論研究的建筑結(jié)構(gòu)抗震、隔振的設(shè)計方法，并對這些方法就行了理論研究，對比分析，相關(guān)人員依據(jù)現(xiàn)場的經(jīng)驗和具體的工程實例具體問題具體分析，隔振技術(shù)的應(yīng)用和方法都還需要更進(jìn)一步的深入研究。

[1]薛素鐸,趙均,高向宇.建筑抗震設(shè)計.北京:科學(xué)出版社,2003

[2]中華人民共和國建設(shè)部,國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB50011-2001.北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2001

[3]樓楊,潘金生.既有建筑結(jié)構(gòu)隔震加固原理與應(yīng)用現(xiàn)狀.特種結(jié)構(gòu), 2003

[4]丁春花,周云,鄧雪松.耗能減震加固結(jié)構(gòu)的性能水準(zhǔn)與設(shè)防目標(biāo).工程抗震與加固改造, 2004

[5]王曙光，杜東升，劉偉慶.高層建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計關(guān)鍵問題[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009