晉源區(qū)實驗中學宿舍樓隔震分析

杜相安

（太原市城市規(guī)劃設計研究院 030012）

1 工程概況

本工程為晉源區(qū)實驗中學宿舍樓，地上六層，地下一層，結構總高度20.4m，本工程為框架結構，采用隔震技術，設置隔震層，以達到抗震設防的要求。建筑結構安全等級為二級，設計使用年限為50年，建筑抗震設防類別為特殊設防類（乙類）。本工程地基土類別屬于中軟土，建筑場地類別為III類。擬建建筑物地基液化等級為非液化。主樓采用梁板式筏型基礎。本工程隔震支座選用GZY600、GZY700，鉛芯型。

我國現(xiàn)行國家規(guī)范對學校、醫(yī)院等人員密集的公共服務設施的抗震設防類別高于普通建筑物，以保證此類建筑的安全性。由于我市晉源區(qū)實驗中學宿舍樓屬于高烈度地區(qū)，如采用普通結構達到設防目標，其構件尺寸將會有所加大，既不經(jīng)濟，也對建筑的使用功能造成一定的影響。針對本工程的結構形式，采用了相應的減震耗能技術，是解決學校類建筑物抗震設防的一種較好方法。

隔震技術的基本特性：隨著社會的發(fā)展、科技的進步，人們對結構的安全性和穩(wěn)定性的要求也越來越高。因此，傳統(tǒng)的設計方法必須進行改進，大力發(fā)展應用已成熟的隔震技術是非常必要的。隔震墊在豎直方向可模擬成豎向剛度很大的彈性支座，水平方向模擬成彈簧＋阻尼，以減小結構水平剛度，增大結構阻尼，最終達到減小地震力和消耗地震力的效果。也就是說隔震支座既具有足夠的豎向承載力，可以安全支撐上部結構的所有荷載。又具有足夠可變的水平剛度，使剛性的抗震結構體系變?yōu)槿嵝愿粽鸾Y構體系。明顯地降低上部結構的地震反應。根據(jù)隔震層隔震裝置的不同，基礎隔震可分為橡膠墊基礎、滑移基礎隔震和混合基礎隔震等多類。其隔震原理基本相同，都是通過隔震層削弱而不是強化上部結構與基礎間的聯(lián)系，改變結構系統(tǒng)的動力特性，避免共振或接近共振現(xiàn)象的發(fā)生，達到減小地震作用力和限制隔震層位移的目的。

隔震墊選用原則：①要有足夠的支撐力。由于上部結構的所有荷載均落在隔震墊上，所以隔震墊必須具有足夠的豎向剛度。豎向應力不超過隔震墊的基準面壓力。②在滿足重力荷載的基礎上，應該使隔震層的剛度盡量小，以取得良好的隔震效果。③結構的扭轉剛度和平動剛度比值在合理范圍內，即控制第1扭轉周期/第1平動周期大約為0.9；如果周期比大于0.9的話說明工程的結構扭轉剛度相對于平動剛度來說小了，地震中會可能發(fā)生扭轉破壞。④控制隔震墊在水平地震作用下的最大水平變形，以保證隔震的有效性。

隔震層的布置：隔震層宜設置在結構第一層以下的部位。其布置原則如下。①隔震層由隔震支座，阻尼裝置和抗風裝置組成。阻尼裝置和抗風裝置可與隔震支座合并，也可以單獨設置，如有必要也可以設置限位裝置。②隔震層剛度中心宜于上部結構的質量中心重合。同一隔震層內各個橡膠隔震支座的豎向壓應力宜均勻。隔震支座的極限水平變位應大于其有效直徑的0.55倍和支座內部橡膠總厚度的3倍二者的較大值。以避免結構在地震作用下上部結構發(fā)生過大的扭轉變形。③隔震層在罕遇地震作用下應保持穩(wěn)定，不宜出現(xiàn)不可恢復的變形；在罕遇地震作用下，隔震支座不宜出現(xiàn)拉應力，當少數(shù)隔震支座出現(xiàn)拉應力時，其拉應力不應大于1MPa。④隔震支座的平面布置應與上部結構的平面位置相對應。⑤在建筑物四周200mm范圍內不應有任何高度超過隔震層的物體，以保證地震時隔震層的水平位移不受限制。隔震支座頂面標高宜位于室外地平面以上，若位于地平面以下，則需要挖掘隔震溝，溝寬不小于200mm，并做好排水。

隔震結構的構造要求：隔震建筑應采取不阻礙隔震層在罕遇地震發(fā)生大變形的措施。

（1）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值的1.2倍。

（2）上部結構（包括與其相連的任何構件）與地面（包括地下室和與其相連的構件）之間，宜設置明確的水平隔離縫；當設置水平隔離縫確有困難時，應設置可靠的水平滑移墊層。

（3）在走廊、樓梯、電梯等部位，應無任何障礙物。

隔震層與上部結構的連接，應符合下列規(guī)定：

（1）隔震層頂部應設置梁板式樓蓋且應符合下列要求：

①應采用或裝配整體式混凝土板?，F(xiàn)澆板厚度不宜小于140mm；配筋現(xiàn)澆面層厚度不應小于50mm。隔震支座上方的縱、橫梁應采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構。

②隔震層頂部梁板的剛度和承載力，宜大于一般樓面梁板的剛度和承載力。

③隔震支座附近的梁、柱應計算沖切和局部承壓，加密箍筋并根據(jù)需要配置網(wǎng)狀鋼筋。

（2）隔震支座和阻尼器的連接構造，應符合下列要求：

①隔震支座和阻尼器應安裝在便于維護人員接近的部位；

②隔震支座與上部結構、基礎結構之間連接件，應能傳遞罕遇地震下支座的最大水平剪力；

③隔震墻下隔震支座的間距不宜大于2.0m；

④外露的預埋件應有可靠的防銹措施。預埋件的錨固鋼筋應與鋼板牢固連接，錨固鋼筋的錨固長度宜大于20倍錨固鋼筋直徑，且不應小于250mm。

2 結語

隔震消能技術中，隔震墊的研究及應用已較為成熟，具有推廣的可行性。建筑工程在采用隔震技術后，可以在不增加構件截面的前提下，抗震性能大為提高，具有明顯的經(jīng)濟性。而且結構設計方法簡單，可實施性強。通過動力彈塑性分析，證明采用隔震技術的結構在高烈度區(qū)罕遇地震下也有良好的表現(xiàn)，不會喪失使用功能。隔震技術在建筑工程若能廣泛應用，必將取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益，對建筑抗震新技術的推廣也具有深遠的意義。

[1]《晉源區(qū)實驗中學宿舍樓巖土工程勘察報告》（詳勘）.

[2]《建筑消能減震技術規(guī)程》（JGJ297-2013）.

[3]《建筑結構隔震構造詳圖》（03SG610-1）.

[4]《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）.