論層間隔震改造在加固工程中的應用

周麗萍 何強 張峰 趙偉民

摘?要：地震給人類生命財產安全、社會穩定與進步造成巨大危害，并且由地震引發的次生災害也會造成很大威脅。如何最大程度的減小震害，人們需要對結構體系的地震反應進行控制，抗震理論和體系仍需進行不斷的完善和發展。本文對層間隔震在既有建筑改造加層項目中的應用進行了分析。

關鍵詞：層間隔震;加層建筑;施工技術

地震因其突發性和毀滅性的特質，每次會造成巨大的人員傷亡以及不可計數的財產損失。尤其隨著社會經濟的不斷發展和進步，城市建設的越來越繁華，人口也越來越集中，土地減少，需求不斷增加，既有建筑的改造擴容增層也逐步凸顯其重要性，加層改造具有一系列優點，如有效利用土地資源，充分利用城市空間，緩解當前住房緊張;可將抗震加固和加層改造結合起來，既增加建筑使用面積，又提高建筑的抗震性能等，伴隨著人員的集中，同等強度等級的地震造成的危害要是幾十年前的十幾倍甚至數十倍。因此本研究具有一定的現實意義。

1 層間隔震結構特點

解決改造項目的實際需求，就需要應需求而設置加固方案，層間隔震是在基礎隔震結構的工程實踐中發展起來的一種新型隔震結構形式。它是將隔震層設置在結構基礎之上的某一層柱頂，對結構進行地震反應控制的建筑結構，它的減震效果一般在10%-40%之間，實際使用需求可利用其特殊性進行結構的加層，做適當的改建，從而達到減震目的。層間隔震結構的提出來源于實際工程實踐的需求。

1.1?層間隔震結構不需要特意為隔震層在地震時發生的較大位移預留空間

與一般樓層相比，隔震層的水平剛度很小，地震時，隔震層將發生較大的變形。對于基礎隔震結構，隔震層通常位于室外地面以下，為了保證地震時隔震層能發揮作用，《建筑抗震設計規范》（GB5001-2001）}26}（以下簡稱《規范》）規定：上部結構的周邊應設置防震縫，縫寬不宜小于各隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移限值的1.2倍。上部結構與地面之間，宜設置明確的水平隔離縫;當設置隔離縫有困難時，應設置可靠的水平滑移墊層。在走廊、樓梯、電梯等部位，應無任何障礙物。而對于層間隔震，由于隔震層設置在一層或一層以上柱頂，結構的大變形發生在沒有障礙的空中。因此，也就不存在預留空間及相應的構造問題。

1.2?降低結構的土建造價

對于基礎隔震結構，在隔震層頂部需要增設一層厚度大于140的梁板式樓蓋，且樓蓋的梁板剛度和承載力均應大于一般樓面梁板的剛度和承載力。這樣，結構的自重會因此而有明顯的增加。而層間隔震則不需要增設這樣的樓蓋。當隔震層設置在較低位置時，隔震支座的選取主要是由使隔震支座在豎向荷載作用下的壓應力不超過容許值來控制的，因此減少一層樓板就會減小隔震支座的數量或尺寸。所以，層間隔震結構不但能減小一層樓板的費用，還可減小隔震支座的費用，具有較為顯著的經濟效益。

1.3?層間隔震可有效提升抗傾覆能力

通常來說，隔震支座的抗拉性能并不高，為此，在相關的規范中規定，隔震支座不允許出現拉應力。這樣可以保證隔震結構在地震時不發生傾覆破壞。對于層間隔震結構，由于隔震層位置相對較高，使得結構的抗傾覆力矩與傾覆力矩的比值增大。因此，提高了結構的抗傾覆能力。

1.4?施工方便

采用隔震技術的房屋，通過隔震層處的水暖管道均需設置成軟管。隔震層設置在層間時，軟管部分就可以設置在地面以上，便于軟管部分的施工、維修和更換。

對舊有房屋進行抗震加固時，若采用基礎隔震形式，需要在基礎頂部將原有結構斷開，進行施工，比較復雜。而在原有結構的頂部設置隔震層，施工過程會方便很多。

2 層間隔震結構應用范圍分析

隔震體系可分為基礎隔震體系和層間隔震體系。基礎隔震體系是指在基礎與上部結構之間設置隔震支座以延長結構的自振周期、減小結構地震響應形成的結構體系，它包括三部分：上部結構、隔震支座、基礎。隔震層的設置，可以減小結構的整體剛度，從而延長結構的周期，同時隔震支座具有很大的阻尼，地震作用下可以消耗地震能量，但由于水平剛度減小，隔震層會產生很大的水平位移。雖然基礎隔震可以有效減小地震作用，但其使用也受到一定的限制：1）因為隔震層會產生很大水平位移，所以結構與地面之間需預留很寬的縫以避免結構與地面的碰撞;2）隔震層設置于基礎之上，在一些近海工程中，基礎部分受海水沖刷影響嚴重，隔震支座易老化或失效;3）在一些舊房改造或加層工程中，基礎隔震無法應用。所謂層間隔震體系即將隔震層位置上移，不再局限于基礎位置，而是隔震層位于樓層與樓層之間，經國內外實際工程證明，層間隔震體系可有效地延長結構周期，減小上部結構地震響應。

層間隔震結構，顧名思義就是在結構相鄰兩層之間設隔震層，起到阻止地震動向隔震層上方結構傳遞的作用，進而減小隔震層上方結構所受到的地震作用。通過隔震層上部結構對下部結構的共同作用，減小隔震層下部結構的地震反應，從而降底整體結構的震害。層間隔震結構適用于以下幾種情況。

2.1?受條件制約，無法采用基礎隔震

在某些特殊的情況下，為防止隔震層受拉拔起，將隔震層上移，此時采用層間隔震。

在近海或易發生洪澇災害的地方，為了使橡膠隔震支座免受侵蝕，將隔震層位置上移。

2.2?剛度、質量有突變的結構

隨著高層建筑的迅速發展以及結構設計軟件的不斷強大，結構的造型也越來越復雜。尤其是近幾年，出現了越來越多的大底盤多塔樓結構、框支結構。這種結構形式變形及受力比較復雜，抗震性能差，在《高層建筑混凝土結構技術規程》（中將這些結構列為復雜高層建筑結構。但是，如果在塔樓和底盤之間設置隔震層，將大大改善其變形和受力情況，從而提高整體結構的隔震減震性能。

2.3?既有建筑的隔震加固改造

新疆某市人民醫院改造加固項目，建筑面積7200平米，抗震設防烈度8度，設計基本地震加速度峰值為0.20g，設計地震分組第三組，Ⅱ類場地，場地特征周期0.45s。采用框架結構形式，樓層數為6層，建筑結構高度1～17軸26.58m、18～25軸22.00m，寬13.8m，高寬比1.92（1～17軸）、1.59（18～25軸）。屬于重點設防類，乙類建筑，必須進行減隔震加固。

原結構有地下室，地下室處于閑置狀態，比采用基礎隔震更能體現隔震價值。隔震支座設置在地下室頂板上，基礎采用條形基礎形式。施工范圍可圈定在地下室頂部，既不影響使用，也能減少開挖，節約成本，實現空間利用。

3 結語

層間隔震技術是基礎隔震的延伸與衍化，它比基礎隔震有更好的適應性能，便于在更多結構中推廣應用。國內外學者針對層間隔震已有很多的理論和試驗研究成果，但是在高層層間隔震方面的研究還很欠缺。通過本文可以了解層間隔震的意義及應用場景。

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