減隔震技術(shù)的發(fā)展及在學(xué)校建筑中的應(yīng)用

楊志榮

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)承載著建筑本身及其他相配套設(shè)施的重量，我國(guó)國(guó)土面積廣博，西北、西南等地地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，因此對(duì)于建筑本身而言，其隔振、減振以及對(duì)振動(dòng)的控制水平直接關(guān)系到建筑用戶的人身及財(cái)產(chǎn)安全。學(xué)校建筑作為國(guó)家重要的人才培養(yǎng)場(chǎng)所，必須加強(qiáng)建筑減隔震設(shè)計(jì)，確保建筑質(zhì)量，為學(xué)生提供安全的成長(zhǎng)和學(xué)習(xí)環(huán)境。文章主要對(duì)減隔震技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行初步分析，并在此基礎(chǔ)上深入探索減隔震技術(shù)在學(xué)校建筑中的應(yīng)用路徑。

關(guān)鍵詞：減震；隔震技術(shù)；發(fā)展；學(xué)校建筑；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TU352 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）19-0181-02

Abstract： The building structure carries the weight of the building itself and other supporting facilities. China has a vast land area， and geological disasters occur frequently in the northwest and southwest regions. Therefore， for the building itself， its vibration isolation， vibration reduction， and vibration control level It is directly related to the personal and property safety of construction users. School construction， as an important talent training place in the country， must strengthen the design of building seismic isolation， ensure the construction quality， and provide students with a safe growth and learning environment. This paper mainly analyzes the development of seismic isolation technology， and further explores the application path of seismic isolation technology in school buildings.

Keywords： shock absorption； seismic isolation technology； development； school building； application

前言

當(dāng)前面對(duì)地震我們?nèi)匀皇譄o(wú)策，無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地震及震級(jí)的發(fā)生情況，為了提高建筑使用安全，盡最大限度地減少生命財(cái)產(chǎn)損失，必須采用減隔震技術(shù)對(duì)建筑物進(jìn)行加固，提高建筑物本身的抗震能力[1]。減隔震技術(shù)的主要原理是期望建筑物主體結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷地震時(shí)，能夠盡快與可能引發(fā)建筑物結(jié)構(gòu)破壞的地面運(yùn)動(dòng)相分離，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)坍塌周期，避開(kāi)地震卓越周期，減少地震導(dǎo)入建筑物主體結(jié)構(gòu)中的能量，達(dá)到降低地震損失的目的[2]。為了更好地探討減隔震技術(shù)的發(fā)展及在學(xué)校建筑中的應(yīng)用路徑，現(xiàn)作出下述研究。

1 減隔震技術(shù)的發(fā)展

減隔震技術(shù)能夠有效增加建筑結(jié)構(gòu)的柔性，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)自振周期，減少地震產(chǎn)生的建筑結(jié)構(gòu)地震效應(yīng)，同時(shí)可有效增加建筑物結(jié)構(gòu)的能量耗散或阻尼，從而減小結(jié)構(gòu)自振周期延長(zhǎng)所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)位移[3]。另外安裝減隔震裝置可有效提高建筑物的剛度和強(qiáng)度，促使建筑物結(jié)構(gòu)在極限狀態(tài)下的制動(dòng)力、風(fēng)荷載等水平力得到足夠支承。美國(guó)學(xué)者在1971年加利福尼亞圣費(fèi)爾南多地震后，對(duì)地震產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，研究出了隨機(jī)振動(dòng)分析、時(shí)程分析、反應(yīng)譜法等系列地震響應(yīng)設(shè)計(jì)和計(jì)算方法，并在此基礎(chǔ)上修訂了建筑物、橋梁等的抗震規(guī)范[4]。日本作為一個(gè)地震頻發(fā)的國(guó)家，大部分國(guó)土均位于高烈度地震區(qū)，日本在經(jīng)歷阪神、新瀉地震后，結(jié)合兩次地震災(zāi)害情況，修訂了全新的地震設(shè)計(jì)規(guī)范，同時(shí)提出了直下型地震概念，并將建隔震設(shè)計(jì)提升至了法律層次，采用了大量的粘滯流體阻尼器和前行額針橡膠支座對(duì)橋梁、建筑物等實(shí)行了減隔震設(shè)計(jì)。根據(jù)國(guó)外減隔震及時(shí)應(yīng)用情況來(lái)看，日本在阪神1995年的大地震中，采用鉛芯橡膠支座建筑物的抗震性能良好；土耳其在經(jīng)歷地震后對(duì)一些重要的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目進(jìn)行了支座更換、局部構(gòu)造改建等減隔震設(shè)計(jì)，提高了建筑物整體抗震性能。中國(guó)自唐山大地震后也開(kāi)始積極制定相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，包括《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011-2010、《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》GB50 223-2008等，為建筑物減抗震設(shè)計(jì)提供了重要參照[5]。下面本文通過(guò)結(jié)合實(shí)例，對(duì)減隔震技術(shù)在學(xué)校建筑中的應(yīng)用路徑進(jìn)行了探索。

2 減隔震技術(shù)在學(xué)校建筑中的應(yīng)用

2.1 工程概況

我國(guó)云南省滇西某學(xué)校擬于北郊臨山坡處建設(shè)校舍，建筑物主要包括綜合教學(xué)樓、宿舍綜合樓、食堂、教學(xué)輔助用房，綜合教學(xué)樓包括四層和五層兩部份結(jié)構(gòu)，同時(shí)在交界處設(shè)置有單層門(mén)廳。教學(xué)樓包括一、二兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元。一區(qū)地上共計(jì)5層，局部6層，1層層高4.50m，2～4層高度3.90m，5層高度5.40m；二區(qū)地上共計(jì)4層，1層高度4.50m，2～4層高度3.90m，樓層結(jié)構(gòu)均屬于現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

2.2 抗震方案

本學(xué)校建筑工程抗震類別屬于乙類，根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》中的要求，需按照本區(qū)域抗震設(shè)防烈度8度的標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)抗震措施，地震分組為第3組，地震基本加速度0.3g，地震水平影響系數(shù)的極限最大值max=0.16。項(xiàng)目采取建筑隔震設(shè)計(jì)方案，利用減隔震技術(shù)，按照水平地震影響系數(shù)max=0.08進(jìn)行計(jì)算，結(jié)構(gòu)計(jì)算根據(jù)設(shè)防烈度降1度標(biāo)準(zhǔn)確認(rèn)框架抗震等級(jí)，表示隔震層上方框架抗震等級(jí)設(shè)為2級(jí)，軸壓比按照設(shè)防烈度進(jìn)行控制。結(jié)合結(jié)構(gòu)立面、平面不規(guī)則特定，采用下述措施進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)：（1）通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)各區(qū)域受力分布變化情況，結(jié)合最大層間位移分布特征，進(jìn)行受力特征不利因素判斷，采用相應(yīng)的加強(qiáng)措施，考慮采用平扭耦聯(lián)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)效應(yīng)計(jì)算，將偶然偏心、雙向水平地震因素納入計(jì)算范圍內(nèi)；（2）控制結(jié)構(gòu)在預(yù)設(shè)水平力作用下，且樓層位移比<1.5；（3）控制本層側(cè)移剛度≥相鄰上層的70%，或是≥相鄰3個(gè)樓層側(cè)向平均剛度值的80%；（4）樓層電梯間洞口四周板厚加厚，同時(shí)配筋雙層雙向，提高樓板配筋率。

2.3 教學(xué)樓構(gòu)造分析

綜合扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)期間的振動(dòng)周期、水平軸和縱軸各方向的扭轉(zhuǎn)系數(shù)、平動(dòng)系數(shù)計(jì)算結(jié)果當(dāng)中柱的軸壓比，保證其均小于0.65，符合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的預(yù)設(shè)要求，樓層結(jié)構(gòu)具有良好延性。梁、柱無(wú)超限現(xiàn)象，且各項(xiàng)計(jì)算指標(biāo)均滿足抗震規(guī)范要求。建筑物主體結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)載和地震作用的相應(yīng)反應(yīng)在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)自振位移、周期和地震力均在規(guī)范限制范圍內(nèi)和正常取值范圍內(nèi)，該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)體系整體設(shè)計(jì)較為合理，抗震措施有效。

2.4 減隔震設(shè)計(jì)

綜合建筑結(jié)構(gòu)抗震和功能需要，設(shè)置隔震支座在樓板±0.00m下方-1.6m和1m處，預(yù)設(shè)隔震層高度1.6m和1m。隔震層下方，及下支墩下方設(shè)置基礎(chǔ)承臺(tái)和基梁。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確保隔震支座水平剛度遠(yuǎn)低于上層建筑結(jié)構(gòu)水平剛度和隔震層下方結(jié)構(gòu)水平剛度，隔震支座上方砼隔震支墩和梁板的水平剛度遠(yuǎn)高于上層建筑結(jié)構(gòu)的水平剛度，同時(shí)控制隔震層下方負(fù)責(zé)直接支承隔震層上方建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，保證整體設(shè)計(jì)符合嵌固剛度比與隔震設(shè)防地震預(yù)設(shè)承載力的要求，按照罕遇地震要求進(jìn)行抗剪承載力計(jì)算。為了確保計(jì)算模型的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行設(shè)計(jì)前需要進(jìn)行計(jì)算模型驗(yàn)證，將驗(yàn)算結(jié)果與PKPM（Satwe）模型結(jié)果相比較。隔震支座參數(shù)結(jié)合廠家實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確認(rèn)，確定一區(qū)隔震后的水平地震影響系數(shù)的最大值max為0.058，二區(qū)隔震后的水平地震影響系數(shù)最大值max為0.04，上部分建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算的水平地震影響系數(shù)均值為0.08。考慮到一區(qū)與二區(qū)的隔震無(wú)法完全隔絕豎向地震，隔震層上方的構(gòu)造必須進(jìn)行相應(yīng)的豎向地震作用計(jì)算，按照隔震層上方構(gòu)造抗震措施降1度進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮綜合水平地震影響系數(shù)0.08，罕遇地震時(shí)需要考慮豎向與水平地震過(guò)程中的同時(shí)作用，在此采取時(shí)程分析法進(jìn)行隔震層位移計(jì)算，復(fù)核結(jié)果顯示，隔震支座拉應(yīng)力<1.0MPa。一區(qū)隔震支座位移最大值142mm；二區(qū)隔震支座位移最大值130mm，均符合預(yù)設(shè)抗震規(guī)范要求，隔震結(jié)構(gòu)與非隔震建筑間的縫寬300.00mm，同各鎮(zhèn)建筑之間的縫寬600.00mm，滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的要求，且部分支座的拉應(yīng)力較小。

2.5 抗震評(píng)估

運(yùn)用時(shí)程分析法，按照建筑物預(yù)設(shè)地震分組和場(chǎng)地類別進(jìn)行強(qiáng)震記錄和加速度人工模擬操作，根據(jù)時(shí)程平均反應(yīng)譜結(jié)果，發(fā)現(xiàn)其與規(guī)范反應(yīng)譜相接近，表明教學(xué)樓建筑項(xiàng)目的減隔震設(shè)計(jì)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，地震是常見(jiàn)自然災(zāi)害類型之一，嚴(yán)重威脅人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，為了提高學(xué)校建筑建設(shè)質(zhì)量，必須加強(qiáng)減隔震技術(shù)在學(xué)校建筑中的應(yīng)用，根據(jù)抗震相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)，提高學(xué)校建筑使用安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王旭.論減隔震技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)：引文版，2017（1）：59.

[2]王志恒，商懷帥，魏磊，等.振動(dòng)控制及減隔震技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu)，2017（s1）：625-628.

[3]楊顯麗.隔震技術(shù)在學(xué)校建筑的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].城市建筑，2015（27）：57.

[4]徐曉良.淺議學(xué)校建筑應(yīng)用隔震技術(shù)的前期工作[J].福建建筑，2013（5）：48-50.

[5]張波.建筑結(jié)構(gòu)減隔震技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐微探[J].環(huán)球市場(chǎng)信息導(dǎo)報(bào)，2017（27）：118.

[6]陳翔.淺析減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)踐應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（05）：224.

[7]李軍.淺談橋梁抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)及減隔震技術(shù)的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（05）：226.