廈門市建筑隔震技術應用與分析

林 希

(廈門國貿地產有限公司 福建廈門 361005)

0 引言

建筑結構隔震技術是一種以柔克剛的抗震設計新方法。近年來的地震破壞表明，隔震技術能夠有效減少建筑物的地震響應，保證主體結構安全和重要儀器的正常運行[1-3]。隔震技術原理是通過在建筑物上部和下部結構之間設置水平剛度較小的隔震層，使結構自振周期延長，達到減少上部結構地震響應的目的。我國現行《建筑抗震設計規范》(簡稱《10版抗規》)(GB50011-2010)[1]明確了隔震技術的應用范圍，并作出詳細規定，當前我國又編制完成《建筑隔震設計規范》，并即將公布，將更大范圍地推廣隔震技術應用。根據中國建筑學會抗震防災分會的統計，截至2018年年底，全國已建成了8000棟以上的隔震建筑，其中以云南和新疆省市為最多。福建省2009年開始較大力度推廣建筑隔震技術的應用，截至2018年年底，已建成了30余棟隔震建筑，總建筑面積超過20萬m2。

我國《建筑隔震工程施工及驗收規范》(簡稱《隔震施工規范》)(JGJ360-2015)[2]已實施，部分省份編寫了工程建設地方標準規程和圖集[3]。國內外有關學者和工程技術人員對隔震工程設計、施工及管理、運營維護等進行了一系列的研究[4-9]。但在工程項目實施過程仍出現了不少問題：比如，設計單位對隔震構造設計處理不當，施工與監理單位對隔震技術不夠了解，工程施工和隔震構造處理經常出現阻礙隔震層水平變形的現象，造成質量不合格和返工[5-7,10]，部分隔震工程在工程竣工后業主或者使用單位拆除和改變部分隔震構造，堵塞水平變形空間[10]。

工程實踐表明，建筑隔震工程的工程設計、施工及管理、運營維護等，雖然有設計規范、施工規范及施工規程等的初步指導，但在工程施工過程中依然時常出現施工管理及工程質量問題。基此，本文以廈門市已建成幾棟具有代表性的隔震建筑為背景，對隔震建筑設計、施工及后期維護階段的現狀進行調查，分析隔震技術應用過程中建設、設計、施工等參建單位存在的技術和管理問題，并基此對政府部門及參建相關單位提出改進建議，為日后的相關政策制定和隔震技術的推廣應用提供參考。

1 福建省建筑隔震技術應用

福建省建筑隔震技術的應用，可以分為試點建設階段、初步應用階段和推廣應用階段3個階段[6-7]。截至2018年，福建省建成的隔震建筑超過30棟，大多數為中小學、幼兒園等公共建筑，總建筑面積超過20萬m2，部分統計數據如表1所示(由福州大學提供)。

表1 隔震建筑統計

由表1可以看出，自1998年起，隔震技術應用進入了試點建設階段。2008年汶川地震后，在廈門市湖里區人民政府、福州大學、廈門市建設局的支持下新建了一批中小學、幼兒園等公共建筑，標志著建筑隔震技術進入初步應用階段。目前，福建全省共有4個地市采用隔震技術，在建和已建成的超過30棟隔震建筑，標志著隔震技術在福建省進入了應用推廣階段[6-7]。

2 隔震建筑調研與分析

本文以廈門市已建成的3棟具有代表性的隔震建筑為背景[7-8]，進行隔震建筑設計、施工及后期維護階段現狀的調查分析。主要通過和建設單位、設計、施工和監理等參建單位主要負責人溝通交流，并進行實地調研的方式，找出隔震建筑從工程設計、施工以及后期運營維護等階段存在的問題。

2.1 綜合樓

2.1.1工程概況

該工程為廈門森林公安派出所綜合樓，建設地點在廈門市同安區，5層辦公建筑，建筑面積約2208m2，底層柱頂隔震形式，底層隔震層兼做停車庫。抗震設防烈度7度(0.15g)，采用現澆框架結構，為乙類建筑。工程竣工后的北立面如圖1所示。

圖1 綜合樓北立面圖

2.1.2隔震設計和構造措施

隔震層布置了20個隔震支座，其中，8個LNR400、9個LRB500以及3個LNR600。隔震層施工如圖2所示。

圖2 綜合樓隔震層施工

隔震構造是影響隔震建筑減震性能的重要因素[4-8]。該工程隔震構造照片如圖3所示，隔震支座觀察窗如圖3(a)，支座節點附近需要預留足夠寬度的水平和豎向隔震縫，如圖3(b)，為適應隔震支座水平變形，該工程電梯井采用懸掛形式，懸掛電梯井及其剖面圖如圖3(c)和圖3(d)所示。

(a)隔震支座觀察窗 (b)水平和豎向隔震縫

(c)懸掛電梯井 (d)電梯井剖面圖圖3 隔震構造照片和詳圖

2.1.3工程經濟性

該工程采用隔震設計后，上部結構隔震設計按7度(0.10g)進行設計，上部框架梁柱截面和配筋減少，造價降低約11.24萬元。同時，由于隔震支座使用以及隔震層梁板厚度的增加，隔震層梁板以及下部結構造價有所增大[6]，工程造價最終增加約25.88萬元，占土建造價的5.9%，各項費用差價如表2所示。

表2 工程費用差價

2.1.4存在問題

(1)最初采用基礎隔震設計，增加了隔震檢修層，減少了建筑的有效使用面積，建設單位不愿意采納，一度想放棄隔震設計方案。經過多方協調，改用底層柱頂隔震形式，并將隔震檢修層兼用為停車庫，從而彌補了有效使用面積。

(2)施工過程，施工單位和監理單位對隔震技術不夠熟悉，沒有相關施工管理經驗，因此延誤了施工工期。此外，對隔震節點構造處理上較粗糙，例如在室內樓梯下部樓梯板與上部板間本應留設寬度足夠的水平隔震縫，而施工單位處理的斷縫使得上下梯板水平變形相互抵觸，見圖4(a)，后期采納隔震技術咨詢單位的建議，整改后見圖4(b)。盡管施工單位在主體施工階段根據設計要求，將室外樓梯與主體結構之間預留水平隔震縫，見圖5(a)，但是在施工后期仍將室外樓梯與主體結構完全固接，見圖5(b)，室外樓梯將阻礙地震時上部結構的水平位移[9]。

(a)整改前 (b)整改后圖4 室內樓梯水平隔震縫

(a)施工階段 (b)完工階段圖5 室外樓梯水平隔震縫

(3)工程竣工后不久使用階段，建設單位擅自改造隔震層相關構造，由于對隔震建筑不了解，多處改造影響了隔震層的水平變形[9]。例如，穿越隔震層欄桿上下固定，欄桿中間沒有斷開(未留水平隔震縫)，見圖6(a)；底層增設儲藏間的窗框和隔震層梁緊密相連，沒有留設豎向和水平隔震縫，見圖6(b)；隔震支座不銹鋼外圍護被改為外墻面磚，見圖6(c)。

(a)欄桿中間未斷開

(b)未留設隔震縫

(c)支座外圍護被改為外墻面磚圖6 隔震構造被改造

2.2 幼兒園建筑

2.2.1工程概況

本文以康樂新村幼兒園工程為例，該幼兒園建設地點為湖里區，3層幼兒園建筑，局部4層，1～3層為教室，半地下室為隔震檢修層，建筑面積3683m2，建筑高度14.3m，隔震檢修層高度2.7m，抗震設防烈度7度(0.15g)，框架結構，采用基礎隔震形式，乙類建筑。工程竣工的東南向立面如圖7所示。

圖7 幼兒園東南向立面圖

2.2.2隔震設計和構造措施

根據工程設計，隔震層布置了45個隔震支座，其中，12個LNR500、21個LRB500、9個LNR600、3個LRB600。隔震層施工完成如圖8所示。

圖8 隔震檢修層施工完成

該工程相關構造措施：室外坡道與主體結構留有一定空間的斷縫，并將此處扶手改為鎖鏈連接，如圖9(a)所示；由于隔震支座自身耐火極限不能滿足建筑設計防火規范的要求[7-9]，需要在隔震支座外包裹防火巖棉和阻火帶，使支座達到可移動且防火防腐蝕的目的，如圖9(b)所示；隔震縫填充聚苯板如圖9(c)所示；為了防止雨水進入隔震溝，隔震溝上設有蓋板如圖9(d)所示。

(a)室外坡道扶手

(b)支座節點防火構造

(c)隔震縫填充聚苯板

(d) 隔震溝蓋板圖9 隔震構造照片

2.2.3存在問題

(1)施工過程，施工單位和監理單位對隔震施工首次接觸不熟悉，隔震構造施工不規范，存在一些隔震建筑施工的典型問題，特別是支座節點施工反映了隔震建筑施工難點。比如，隔震支座節點混凝土澆筑質量差，如圖10(a)所示；隔震支座下連接板與下預埋板沒有緊密，且有空腔，如圖10(b)所示。

(2)隔震構造方面，項目存在施工人員對隔震原理理解不到位，造成隔震構造缺陷。例如，室外臺階未與主體結構的入口挑板留有高差水平縫，將阻礙地震時建筑水平移動，如圖10(c)所示。隔震層處有部分管道未采用柔性段連接，隔震層出現變形時將使管道斷裂，如圖10(d)所示。

(a)支座節點混凝土澆筑質量差

(b)下連接板與下預埋板未緊密

(c)室外臺階斷縫堵塞

(d) 管道未采用柔性段圖10 隔震構造不規范示例

2.3 中學教學樓

2.3.1工程概況

本文以廈門市湖里中學教學樓為例，該教學樓由3棟5～6層教學樓組成，其中1號教學樓，建筑長68m，寬10.2m，底層架空，2～5層為教學用房，建筑面積約4500m2，框架結構，底層柱頂隔震形式。隔震層層高為4.8m，底層采用框架柱帶拉梁，竣工后的西南立面和底層如圖11所示。

2.3.2隔震設計和構造措施

隔震層采用4個LNR500支座、6個LNR600支座、19個LRB500支座和3個LRB600支座。部分隔震構造如圖12所示，穿越隔震層的給排水管道均用柔性連接段，如圖12(a)所示；隔震支座節點如圖12(b)所示；在隔震支座關鍵部位設置警示牌，標注可移動范圍，如圖12(c)所示。

(a)西南立面圖

(a)穿越隔震層管線

(b)隔震支座節點構造

(c)隔震警示牌圖12 部分隔震構造

2.3.3存在問題

(1)工程施工中，施工單位沒有提前采購隔震支座，而支座生產周期約為45d，由此造成工期延誤。此外，施工人員對隔震原理理解不足，造成樓梯段施工多次返工，如圖13(a)、(b)所示；電線橋架橫穿隔震縫，沒有斷縫處理，如圖13(c)所示；豎向窗框橫穿水平隔震縫頂部與隔震層梁固定，底部與下部墻體固定，未斷縫影響隔震層水平位移，如圖13(d)所示。

(a)沒有斷縫(第一次)

(b)面層阻礙(第二次)

(c)電線橋架橫穿隔震縫

(d)窗框橫穿隔震縫圖13 部分隔震構造質量缺陷

(2)隔震支座生產廠家送至現場的部分支座上下連接板的錨筋長度和直徑與施工圖不符，如圖14所示。生產廠家與施工單位在產品參數上未達成一致意見，設計單位和隔震技術咨詢單位認為錨筋長度和直徑應以施工圖為準，這樣才能滿足設計規范[9]，最后部分支座上下連接板重新生產，因此造成工期延誤。

圖14 連接板錨筋

3 問題根由及應用建議

3.1 隔震技術應用的問題根由

(1)政府職能部門

建設行政主管部門：沒有與時發布減隔震推廣應用文件，缺乏工程建設地方標準，比如，關于隔震元器件產品、隔震建筑設計、隔震工程施工圖審查、隔震工程施工和監督要求等。

規劃管理部門：隔震檢修層建筑面積計入總建筑面積，使得建筑有效使用面積減少；對建筑外觀要求嚴格，沒有考慮隔震建筑中隔震構造的外觀處理。

工程造價管理部門：沒有發布隔震建筑中隔震裝置相配套定額，影響了工程款結算進度；對隔震層施工造成工期延長需增加的費用沒有明確規定。

建設檔案管理部門：建筑工程檔案資料報備清單中，缺乏對隔震技術應用的針對性要求，沒有建立起隔震工程檔案管理制度，不利于隔震建筑后期管理和維護。

(2)各參建單位

建筑設計單位：大多數甲級建筑設計單位不承接隔震建筑設計，主要原因是隔震工程增加了隔震設計，但沒有因此而增加相應的設計費用；其次，對隔震技術不熟悉，又沒有相關的設計經驗可借鑒。

施工圖審查機構：具有資質的施工圖審查機構不愿意承接隔震工程的施工圖審查工作，原因是增加了隔震技術的審查工作，但沒有增加審查費用。

施工與監理單位：對隔震技術不夠熟悉，主要是在隔震構造方面經常出現阻礙隔震層水平變形的現象，經常產生質量不合格，從而造成返工。

隔震技術專業設計與配合單位：隔震建筑需要隔震技術專業設計與配合單位，國內目前提供此類專業設計服務主要是高校，建設單位需要支付約單體工程設計費的20%～25%作為隔震設計咨詢服務費。

隔震裝置生產企業：隔震裝置生產企業經常出現與設計單位對結構設計內容的偏差，如隔震支座上下連接板尺寸和錨筋長度僅按企業標準制作，通常不滿足結構設計要求。

業主與房屋使用單位：對建筑抗震的重要性認識不到位，不愿意增加隔震技術應用所需要的投資來提高結構的安全性；對隔震構造不了解，后期擅自對隔震層及其周邊進行改造，影響隔震層的水平位移。此外，在使用中缺乏對隔震建筑針對性的維護管理，未設立相應的管理制度，無法應對環境變化、突發災害等情況對隔震建筑造成的影響。

3.2 隔震技術應用建議

(1)政府職能部門

建設行政主管部門，可建立隔震工程資料庫和專家庫，用于隔震技術專項審查和開展隔震工程技術研究；對生產不合格減隔震產品的廠家、不按規范操作的設計、施工、監理等單位進行公示和處罰。

工程質量安全監督機構，應重點檢查隔震裝置的質量檢測報告，嚴格把關預留隔震溝(縫)和柔性連接等隔震相關構造措施的安裝和施工情況。

工程造價管理部門，應完善隔震支座、預埋件、配套特殊構件的定額；對因隔震層施工導致的總體工期延長所增加的造價進行測算和計價。

(2)各參建單位

設計單位應勇于接受新技術，提升隔震設計經驗，優化隔震節點處的構造以及柔性管線連接設計。

施工單位應結合項目實際情況編制專項施工方案，主要針對隔震裝置安裝和構造措施施工。加強隔震技術交底工作，促進隔震施工經驗交流，避免因施工人員認識不到位造成的進度和質量管控不到位。

監理單位應針對隔震項目的實際情況制定監理規劃和實施細則，尤其是在隔震支座安裝現場，應嚴格執行旁站工作。隔震產品應由監理單位見證取樣，經法定認可的第三方檢測機構檢測合格后方可安裝使用。

業主單位和房屋使用管理單位，應共同維護隔震體系的正常運作，定期安排人員進行檢查。地震、臺風發生后，開展突發災害檢查，如發現隔震裝置變形等破壞，應及時聯系專業機構進行檢測，修復或更換隔震裝置。

4 結語

(1)工程設計、施工及監理等參建單位對隔震技術原理不夠熟悉，施工管理技術較低。在隔震構造方面經常出現阻礙隔震層水平位移的現象，造成工程質量問題及返工。

(2)建議工程監理單位、工程質量監督機構重點檢查隔震構造的實施情況，隔震技術咨詢單位做好相應的指導工作，避免和減少不合理的隔震構造。

(3)單棟隔震建筑隔震層的施工會影響工程工期，建議對隔震建筑進行造價測算時考慮這一因素；將隔震檢修層建筑面積計入總建筑面積，影響建筑的有效使用面積，建議將隔震層作為設備檢修層不計入建筑總面積。

(4)福建省缺乏隔震建筑配套構件的定額，隔震建筑在測算時沒用統一的造價計算標準，相關單位只能通過多次協商、詢價、談判予以解決，影響工程工期，建議福建省工程造價管理部門盡早完善隔震建筑配套構件的相關定額。

(5)業主單位和房屋使用管理單位，應共同維護隔震體系的正常運作，定期安排人員進行日常檢查和突發災害檢查。