新疆人民劇場基礎隔震加固設計

崔 秀 麗

(鄭州工業應用技術學院，河南 鄭州 451100)

0 引言

現階段，我國仍存在大量且在使用的老舊砌體結構需要進行維修、加固或拆除，所以對高烈度區的磚砌體房屋進行抗震加固十分有必要[1,2]。

采用隔震技術對建筑物進行抗震加固，即將常規的“硬抗”變為“軟抗”。該技術通過在建筑物下部設置一道隔震層來減少地震能量對上部結構的輸入，以減少上部結構的地震反應，提高建筑物抗震能力[3,4]。在美國、日本、新西蘭、中國均有成功的工程實例，加固效果十分顯著[5]。雖然國內已經有一些加固成功的案例，但只是對一些高烈度區的中小學教學樓和宿舍樓進行了隔震加固改造，而對大型公共建筑的隔震加固改造研究較少。

經檢測，鑒定該工程抗震能力已不能達到乙類建筑的抗震能力，須進行抗震加固，由于該建筑為重點文物建筑，基礎以上部位不得進行大面積的加固，只能在有限空間進行局部補強。為滿足該建筑的特殊性要求，經過與傳統的抗震加固方案對比，本次加固宜采用基礎隔震加固。

1 工程概況

新疆人民劇場自1955年8月動工修建至1956年12月中旬完工，建筑面積為10 407.06 m2，地下室層高3.3 m，1層層高4.8 m，2層層高3.6 m，3層、4層層高均為3.3 m。建筑高約16 m；為典型的蘇式建筑。該建筑的外立面如圖1所示，PKPM整體計算模型如圖2所示。

該建筑為蘇式大空曠磚混結構，基礎為條形基礎，Ⅱ類場地，抗震設防類別：乙類，抗震設防烈度：8度(0.2g)，設計地震分組：第二組，場地特征周期0.4 s，設計基準期50年，使用年限30年，基本風壓：0.6 kN/m2，地面粗糙度：B類。

2 房屋質量檢測與加固方案的選擇

2.1 檢測結果

地基基礎檢測結果：該工程基底土質為沙礫，基礎為漿砌片石條形基礎，未發現基礎不均勻沉降出現的結構裂縫等異常現象。承重墻體檢測結果：承重墻體沒有因承載力不足而引起裂縫及變形現象。抗震構造措施檢測結果：該工程抗震構造符合原設計圖紙要求，但不滿足現行抗震規范的要求。

對該工程舞臺檢修平臺及上口檢查口進行檢測：舞臺設有四層檢修平臺及一層設備平臺，二層檢修平臺頂板懸挑梁根部高度約235 mm，端部高度約300 mm，在梁底出現水平裂縫，裂縫寬度約0.4 mm；舞臺檢修平臺檢查口后期擴大，部分鋼筋被割斷，且未設置環梁進行加強。第三層檢查口上人扶手與墻面錨固不到位，扶手松動，所有開洞洞口均為磚筋過梁。舞臺東北角和東北角距屋架下弦約2.0 m墻體有堿損現象，高度約1.2 m，長度約6.0 m。舞臺燈室上部屋架砌筑為懸墻，上部自由端建議后期采用混凝土壓頂進行處理。

2.2 加固方案的比較與選擇

2.2.1板墻加固墻體與鋼構套加固梁相結合的方案

該方案以提高建筑物的整體抗震性能為出發點，對基礎以上所有樓層的墻體、梁、板、柱等構件通過增大結構斷面、設置鋼筋網片以及外包鋼等方法進行全面的加固，以滿足結構抗震安全要求。該方法應用比較廣泛，施工技術比較成熟，但結構創面大、工作量大、工期長,而且以“硬抗”的方式增加了結構自重和剛度，有時反而導致地震作用的加大,尤其是對于墻體的加固，復合面層與砌體的結合往往并不可靠，同時建筑內外墻面、水電及內裝飾的恢復也增加了工程成本，通常北京地區加固成本在2 000元/m2以上，南京地區也在1 500元/m2以上。對于本工程的外墻，若采用單面加固，加固效果較難保證，而雙面加固則勢必影響建筑外觀，這是本工程須避免的。

2.2.2基礎隔震方案

基礎隔震方案僅涉及底層地面以下，通過合理布設橡膠隔震支座設置隔震層，該支座豎向剛度很大，可以承受上百噸的荷載，水平剛度較小，只要有少量的水平荷載就發生變形，從而限制了傳入到上部結構的地震力，使得上部結構在地震時處在彈性狀態。

經合理設計，除隔震層以下部分按常規設計外，上部結構往往可按降低一度設防。采用基礎隔震方案根據經驗，2個～3個月內可完工；加固成本通常在1 000元/m2(建筑面積按常規工程測算)左右。

與板墻加固墻體與鋼構套加固梁相結合的方案相比，基礎隔震方案具有創面小、工期短、加固成本低的特點，且建筑外觀及內飾可以完全得以保護。

2.2.3加固方案的確定

方案一：傳統加固。

根據計算結果及構造要求，基礎及基礎以上主體均須進行加固處理，此方案將大面積破壞現有建筑及內部裝修，對文物保護極其不利，甚至會破壞現有文物。

施工范圍：全樓。

優點：加固工藝及施工方法簡單實用性廣，工程造價較低。

缺點：對建筑的外觀破壞嚴重，對建筑物的使用功能破壞嚴重，施工創傷面積大，施工周期長。嚴重影響居民生產生活。施工濕作業面廣，業主須進行停業配合施工，恢復性裝修費用較高。

方案二：隔震加固。

基礎隔震方案僅涉及底層地面以下，通過合理布設橡膠隔震支座設置隔震層，該支座豎向剛度很大，可以承受上百噸的荷載，水平剛度很小，只要有幾噸的荷載就發生變形，從而限制了傳入到上部結構的地震力，使得上部結構在地震時處在彈性狀態(如圖3所示)。

與板墻加固墻體與鋼構套加固梁相結合的方案相比，基礎隔震方案具有創面小、工期短，加固成本低的特點，且結構安全度高。

通過對比分析，擬采用基礎隔震方法對其進行抗震加固，并對上部結構中的部分問題構件進行局部加固。

3 隔震加固

3.1 隔震層設計

本工程應用單梁和雙夾梁來完成上部柱、墻荷載的托換。雙夾梁配合扁擔梁，施工方便，主要用于墻體下方荷載的托換；單梁施工較復雜，需要分段施工，本工程主要用于無墻下方隔震支座的連接。

墻體托換梁按照先內墻后外墻托換順序原則進行，內墻托換采取先內橫墻后內縱橫墻進行托換，托換部位墻體拆除采用水鉆靜力方法進行。施工示意圖如圖4所示。

3.2 隔震分析

采用有限元分析軟件ETABS對人民劇場建立了精確的三維隔震結構模型，如圖5所示。

3.3 輸入地震動及其評價

三維有限元分析模型建立完成后，按規范要求，選擇5條天然地震動記錄和2條人工波，利用ETABS非線性有限元軟件對隔震結構進行了整體非線性時程分析，并與抗震結構進行對比。

提取有限元軟件計算的結果，考察隔震前后結構自振周期、隔震前后底部水平向剪力、水平向減震系數等方面，可以發現隔震效果顯著。結構采用隔震措施后，當減震系數不大于0.4時，根據規范上部結構可降低一度，即水平地震作用及抗震措施按7度(0.1g)采用。

4 結語

新疆人民劇場采用基礎隔震加固，結果表明，采用隔震加固方案能夠更好地滿足文物需求以及提升其抗震性能。初步得到以下結論：

1)與傳統抗震方案相比，基礎隔震方案具有創傷面小、工期短，加固成本低的特點，此外不破壞建筑的外觀，不影響建筑物的使用功能，非常適合應用于文物以及重要建筑的加固改造。

2)簡單介紹了砌體結構中隔震支座在內外墻體下的布置。

3)基礎隔震最大限度的保留了原結構的外觀及內部裝修，在此基礎上，減少了建筑垃圾排放等一系列問題，響應了國家當前對于節約建材和減少建筑垃圾排放的倡導。