底部兩層框架節能砌體隔震建筑結構施工技術分析

馬剛

一、震害研究

1.震害的特征

災害調查數據表明，大地震能夠嚴重損壞底層框架砌體結構房屋。以我國唐山大地震為例，絕大部分的房屋底層框架部位都遭到破壞，尤其以柱頂與柱底的損壞最為嚴重。而發生在2008年的汶川大地震中，在重災地區，包括汶川、北川等地，房屋破壞還是以底層框架砌體結構房屋損壞為主，底層框架柱的毀壞直接導致了其上面幾層的破壞坍塌，最終致使房屋整體毀壞。

而建筑結構的上剛下柔是形成底層框架砌體結構房屋損毀局面的一個重要因素。此種房屋上層的縱墻和橫墻的密度都比較大，造成重量偏高，同時側向剛度也大幅度提高。但建筑物采用的是底層框架承重結構，縱墻和橫墻的數量不多，導致側向剛度低于房屋上層，最終建成了上剛下柔的建筑結構。一旦發生地震，剛度會沿著縱向發生變化，與此同時，側向變形基本都是在底層發生的，相對來說，建筑其他層面的側向變形非常弱。在出現地震的過程中，如果建筑的抗側力構件的變性高于構件能夠承受的極限值，勢必會發生嚴重的損毀。

2.破壞類型

第一，結構承載力較低造成的破壞，亦或是變形過大形成的損毀。當地震來臨時，地震力對建筑物產生作用，會導致房屋結構的內力急劇變化，結構變形逐漸嚴重化，最終出現由于結構承載力較低而出現破壞，或者是變形過于嚴重而發生損毀，具體會發生墻體裂縫、鋼筋混凝土柱剪斷等情況。嚴重時會房倒屋塌。隨著地震力的巨大作用，若是房屋結構的振動變形超過允許范圍，即使建筑物的主體結構沒有發生破壞，然而墻體飾品等非結構構件也會出現掉落等現象；

第二，整體結構不穩定形成的損壞。眾多結構構件彼此的連接與支撐確保了房屋結構體系的穩定。但是，一旦支撐結構失去效用，各個構件之間的連接不在牢固，都很容易造成房屋的穩定性大幅度下降，從而形成部分損壞，甚至會發生房屋倒塌；

第三，地基穩定性顯著降低形成的破壞。由于地震力的巨大影響，地基的穩定性會急速下降，抑或是出現地基土液化的問題，繼而形成建筑物坍塌的嚴重后果。

二、抗震概念設計

1.分析主要因素和設計思想

首先，主要因素。地震屬于隨機振動，呈現了鮮明的不確定性及復雜性，因此，迄今為止，人們還無法精準預測房屋遭受地震的特性以及參數。與此同時，從結構設計與結構分析角度出發來研究，因為不僅沒有全面考慮空間作用及非彈性性質的因素，同時也沒有對材料時效和阻尼變化等因素展開參考，所以不可以僅僅應用計算來提升房屋結構的抗震性能，而是需要圍繞工程結構抗震的基本概念及理論的立足點，充分結合豐富的抗震經驗來解決工程的抗震問題。概念設計的主要因素包括以下幾點：第一，建筑場地的條件因素以及土質穩定性的高低；第二，房屋的平面布置和立面布置情況，房屋結構外形的尺寸大小；第三，采用何種抗震結構，如何布置抗側力構件，結構剛度以及質量的布局情況；第四，非結構構件和主體結構之間的連接與支撐；第五，建筑材料的質量，施工過程的綜合質量。

其次，設計思想。基本設計原則及設計理念是研究人員深入分析地震工程災害與工程經驗等總結出來的，因此，設計人員必須要依照基本設計原則和設計理念來設計并布置工程的結構，同時對工程結構的細節構造展開細化確認。在進行設計實踐時，工作人員不僅需要校準能量輸入、房屋體型和結構體系等情況，同時還應該對剛度分布和構件延性等方面進行準確把握，從源頭對建筑結構的抗震薄弱部位展開進一步強化，此外，設計員還需要進行精準的計算，合理排布結構構造，以此大幅度提升房屋的抗震能力。除此之外，設計人員還應該重視房屋的關鍵細部結構，科學設計結構布置規劃，從而有利于增強結構的抗震性能。

2.基本要點

首先，底部一層和兩層框架之間的不同。在受力及變形方面，底部一層和兩層框架之間存在較多的不同之處，底部一層框架的變形是剪切型抑或是剪彎型，而兩層框架的變形是彎剪型。所以，底部兩層框架應該嚴格以框架和中高剪力墻協同工作的方法科學的計算處于水平地震中的內力，但是若是繼續沿用各抗側力構件有效側向剛度比例進行地震剪力的計算，很容易造成第二層柱配筋偏小的問題，繼而大幅度提高安全隱患。與抗震結構體系相關的章程標準規定：第一，結構計算簡圖必須要準確，同時地震力傳遞途徑要科學合理；第二，要求擁有較高的強度和耗能能力，并且具備高度的變形能力；第三，剛度及強度的分布要合理，以此有效防止發生塑性變形集中、形成超高的應力集中等現象，此外，工作人員還應該積極采取科學的措施強化薄弱部位的抗震性能。

其次，基本原則。第一：結構布置的原則。1）房屋結構上層的剪力墻和底部的剪力墻之間必須要對齊；2）對于房屋的底部來說，應當在縱向及橫向均設置剪力墻，同時注意剪力墻之間需要均勻布置；3）針對底層框架剪力墻房屋而言，沿著縱向與橫向兩個方向，當處于6度至7度之間，第二層和底層側向剛度比值不得超過2.5；當處于8度時，要求在1.0至2.0之間；4）在設計底部兩層框架剪力墻房屋時，在縱橫兩個方向，底層及底部第二層的側向剛度應當基本保持一致，而第三層和底部第二層側向剛度的比值，當處于6度和7度之間，應當小于等于2.0；一旦達到8度，比值則變為1.0至1.5之間；

第二：樓蓋構造的原則。1）應該使用現澆鋼筋混凝土板制作過渡層的樓板，要求板的厚度超過120mm，同時注意所開的洞口的尺寸要小，數量盡可能減少，如果洞口的尺寸超過800mm，則需要合理的設置洞口邊梁；2）在其他樓層中，若是樓板運用裝配式鋼筋混凝土板時，必須要安裝現澆圈梁，而如果是設計成現澆鋼筋混凝土板，允許不設置圈梁，然而在樓板沿外墻周邊，必須要加強配筋，同時連接構造柱。

三、隔震設計實例

隔震設計原理和隔振器布置隔震層的設置具體包括兩種類型，即基礎隔震、層間隔震，因為基礎隔震的實用效果要遠高于層間隔震，因此底部兩層框架節能砌體隔震建筑結構運用的是基礎隔震。簡單來講，基礎隔震的設計原理就是指在房屋結構基礎和上層結構的中間添加隔震層，從而將整體結構清晰的劃分為兩個部分。此外，鑒于隔震層厚度較小，同時側向剛度非常低，在通常情況下，只是上層結構側向剛度的150至1150，從而延長了上層剛度的基本周期，基本是超過1.5s。一旦突發地震，因為隔震層的側向剛度與上層結構的剛度具有較打的差距，會導致整體建筑的水平變形在隔震層集中出現，進而大幅度降低了地震力對上部結構的作用，最終對房屋結構形成有效的保護。一般來說，建設單位大多會選擇鉛芯橡膠隔震支座來作為隔震器，與此同時，注意要在柱子上設置隔震支座，讓隔震支座的形心及柱截面的形心保持一致。

四、實例分析隔震構造措施

通過深入分析實際案例能夠得知，隔震建筑構造措施的要點是必須要確保在地震中，建筑結構內的隔震層可以出現相對位移。所以，在隔震支座的周邊不得存在阻擋物，同時隔震層上下兩部分結構之間需要留有隔離縫，而隔震結構以及局部非隔震結構應該托開，除此之外，還應當采用柔性接頭來連接隔震層的管道。

首先，若是想要在地面標高的下面安裝隔震支座，施工人員需要依著房屋建筑的四周都留有隔震縫，同時房屋結構的懸挑部分和地面之間應該是托開的；其次，在隔震層的上面建筑物的周邊，在少于20cm的范圍內，不能有任何的阻擋物體，從而確保隔震層的位移空間充足。

五、樓梯處理實例及管道和避雷設備連接的實例

1.樓梯處理

工作人員一定要清晰分開結構外部的非隔震樓梯以及隔震主體，并且非隔震樓梯的扶手和隔震部分的扶手之間應該是錯開的，從而有效避免地震發生時，對位移形成制約，或者是二者出現碰撞的問題。

2.管道和避雷設備的連接

工作人員應該使用柔性連接縱貫隔震層上下兩部分的水管。此外，還需要充分運用繞曲柔性連接貫穿隔震層的電氣和通信系統的配線，同時留存一定長度的配線，一般多余長度要超過40cm。

六、底部兩層框架節能砌體隔震建筑結構經濟效益分析

采用底部兩層框架節能砌體隔震建筑結構，能夠有效地節約資源，在保證抗震設防烈度的前提下有效地節約建筑成本，達到節能降耗的目的，獲得更高的經濟效益與社會效益。采用中高烈度設防，底部兩層框架節能砌體隔震建筑結構的成本的鋼筋用量大為減少，同時也減少了構件尺寸，降低建筑造價100元/m2,與此同時，由于多出了一層大空間，可以作為商業建筑面積，收入高于住宅1000元/m2。

七、結語

綜上所述，經過多年的研究，我國的隔震技術水平進一步提升。砌體結構屬于脆性結構，具有剛度大、強度低、延性差的特點，但抗震能力則相對較差。而在建筑中應用隔震技術，可以有效的降低建筑上部結構的地震作用，不但可以提高建筑的安全性與耐久性，而且不會造成造價的增加，底部兩層框架節能砌體隔震建筑作為一種新興的設計，具有更好的發展前景。