基礎隔震建筑初始造價分析

劉萍 熊浩 楊燕 周莉

摘要：隔震技術是一項非常有效的結構抗震技術，但是因為增設隔震支座導致的額外造價，導致了其應用的局限性，這其中并沒有考慮到增設隔震支座導致的結構尺寸減少、鋼筋用量減少產生的經濟效益。本文通過兩個對比模型分別計算了使用傳統抗震手段和基礎隔震手段的結構性能與材料用量，從而分析基礎隔震對建筑初始造價的影響。

Abstract： Seismic isolation technology is a very effective structural seismic technology， but the additional cost caused by the addition of isolation bearings has led to the limitations of its application， which does not take into account the reduction in structural size caused by the addition of isolation bearings and the economic benefits from reduced use of steel bars. In this paper， the structural performance and material usage of traditional seismic means and base isolation means are calculated by two comparison models， and the influence of foundation isolation on the initial cost of the building is analyzed.

關鍵詞：基礎隔震;盈建科;有限元計算方法;造價

Key words： base isolation;Yingjianke;finite element calculation method;cost

中圖分類號：TU352.1+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）26-0162-02

1? 工程概況

星辰園48班中學是位于昆明市官渡區新亞洲體育城片區的新建項目。項目總占地面積4894.5m2，建筑面積20378.9m2。地上建筑六層，地下設有隔震層，總共7層。建筑長向120.25m，短向54.1m，層高3.9m，結構總高度19.5m。

本建筑采用鋼筋混凝土框架結構，建筑場地類別為Ⅲ類，抗震設防烈度8度，設計基本地震加速度0.20g，設計地震分組第三組，抗震設防分類為重點設防類（乙類），結構抗震等級二級。由于建筑平面形狀不規則，通過設置抗震縫將建筑劃分為6個單體。根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）[4]，采用隔震技術設計后，上部結構水平地震影響系數最大值按0.08進行設計。豎向地震作用標準值按隔震層以上結構總重力荷載代表值的30%采用。

考慮到結構單體的重復性，本次對比只選擇星辰園48班中學的一個結構單體進行計算和對比。此單體長向41.1m，短向10.1m。

2? 隔震層選擇與布置

使用隔震技術的模型采用的是基礎隔震技術，隔震支座設置在基礎頂部、上部結構的底部。根據框架柱的豎向承載力和抗震承載力和變形的要求，本工程中的隔震支座采用鉛芯橡膠支座與天然橡膠支座，本工程共采用5類183個隔震支座，支座參數如表1所示。隔震支座上支墩混凝土強度等級C40，隔震溝底墊層混凝土強度等級C15。

3? 結構分析

為了探討基礎隔震混凝土結構在水平地震作用下的隔震效果，以星辰園48班中學的A-2區單體為例進行分析，采用軟件YJK進行數值模擬分析，分別建立基礎隔震結構和傳統抗震結構的數值模型。模型中假定上部結構彈性變形，計算中只考慮隔震支座的彈塑性，沒有考慮土與基礎之間的相互作用，梁柱的材料性能完全相同，網格采用統一尺寸，結構的荷載工況相同。

3.1 傳統抗震設計

按照現行相關規范，采用傳統抗震設計方法對星辰園48班中學的一個單體進行設計。為結構構件的布置只考慮滿足各項結果計算的各項設計指標，不考慮結構構件增大后對建筑功能的影響。典型構件的截面尺寸、位置、抗震等級以及混凝土標號見表2所示。地震作用下的樓層最大位移見表3。從表3中可以看出，最大位移角出現在三層和四層中間，其值約為1/573，出現在X方向地震作用下。

3.2 基礎隔震設計

根據隔震設計的基本要求可知，隔震層支墩、支柱及相連構件，應采用隔震結構罕遇地震下隔震支座底部的豎向力、水平力和力矩進行承載力驗算;隔震層以下結構按罕遇地震進行抗剪承載力驗算。隔震層以下地面以上的結構在罕遇地震下的層間位移角限制應滿足規范要求。

按照現行相關規范，采用基礎隔震方法對星辰園48班中學的一個單體進行設計。典型構件的截面尺寸、位置、抗震等級以及混凝土標號見表4所示。地震作用下的樓層最大位移見表5。從表5中可以看出，最大位移角出現在三層，其值約為1/1386，出現在Y方向地震作用下。對比表3和表5可以看出，采用基礎隔震的結構最大位移出現位置下移，位移量減小，隔震設計更符合地震區結構的設計。

4? 初始造價分析

4.1 構件尺寸對比

與采取基礎隔震設計相比，采用傳統抗震設計時，為保證結構的位移在規范的允許值范圍內，框架柱柱的尺寸需要設置的很大，特別是外框架和角柱。另外，為了保證框架的整體性，避免發生扭轉和層間位移比偏大，框架梁也需要增大。

圖 1為兩種設計方式的結構模型對比圖，從圖中可以看出，傳統抗震設計模型的豎向構件在明顯大于設置了基礎隔震的構件尺寸，可以看出設置基礎隔震可以有效減小豎向構架的尺寸，節約建筑空間，降低建筑成本等優點。

4.2 材料用量對比

本文3.1和3.2的設計結果得出了全樓（除基礎外）的鋼筋、混凝土用量，其分別考慮采用傳統抗震設計方案和基礎隔震方法。圖2給出了考慮了不同抗震方法的兩種模型的鋼筋和混凝土用量對比圖。其中，由于板的配筋與隔震層的位置關系不大，因此未考慮在內。

從圖 2中可以看出，采用基礎隔震設計時，對結構所需的鋼筋用量有著極大的減少，其中，梁的鋼筋用量約為傳統抗震設計時的約50%，柱的鋼筋用量相比傳統抗震設計時的用量減少了約60%;而因為所需結構尺寸的減小，全樓結構的混凝土用量也減少了約25%。

5? 結論

本文使用實際案例，通過兩個采用不同抗震方法的結構設計，分別考慮了傳統抗震設計和基礎抗震設計帶來的初始造價的差異，得出了基礎隔震設計對初始造價的減少幅度，為今后的抗震設計提供參考。對比結果表明，采用基礎隔震設計對全樓的鋼筋使用量能減少至少50%的用量，混凝土用量也可減少約25%，這極大的減小了結構的造價，提升了整個建筑的經濟性。同時，采用基礎隔震設計能減小結構尺寸，為建筑使用提供更大的空間。建筑材料用量的減小也能削弱建筑建設中對環境的影響。

參考文獻：

[1]周穎，陳鵬，劉璐，等.9度區某高層酒店隔震設計及經濟性分析[J].建筑結構，2016（22）：59-63.

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[3]周穎，陳鵬，劉璐，等.9度區某高層酒店隔震設計及經濟性分析[J].建筑結構，2016（22）：59-63.

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[5]龔永達，丁丹柯，黃雙雙，谷偉.村鎮建筑基礎滑移隔震技術研究與應用現狀分析[J].價值工程，2019，38（06）：90-92.