新式建筑隔震溝構造做法的設計研究

李 昊，李盛堯，李相龍

(1.昆明理工大學設計研究院有限公司，云南 昆明 650051；2.昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650032)

0 引 言

隨著《建筑隔震設計標準》GB/T 51408—2021的實施，如云南這類高烈度區重點設防類建筑(如：學校、醫院等)，采用隔震設計更符合結構設計合理性的要求。

采用隔震設計的建筑，與其他建筑最大的區別在于，其需要設置1層隔震層，用于安裝隔震橡膠墊。隔震層可根據使用需要與地下室合并設置，或者單獨設置。

隔震的原理是橡膠墊以上的結構與橡膠墊以下的結構，通過橡膠墊進行隔絕，屬于完全分開的2部分。橡膠墊以下的部分與地基基礎形成一體，嵌固在土壤內，屬于固定端。當發生地震時，由大地傳遞給基礎的地震作用，由于橡膠墊的柔性緩沖，不會剛性地傳遞給墊上結構。此時，墊上結構與墊下結構之間由于柔性橡膠墊的存在，會產生相對滑動，地震作用對墊上結構的影響將大大減小，從而最大程度的減小地震作用破壞墊上結構。

由于隔震建筑的構造特點，造成墊下結構擋土墻與墊上結構之間會形成一圈環繞建筑四周的隔震溝。而隔震溝位置的建筑構造做法往往是建筑設計時的重點和難點。

1 常用隔震溝構造及問題

1.1 常用隔震溝做法

隔震構造圖集中，常用的隔震溝標準構造有4種類型，見圖1-4。隔震溝的擋土墻外側往往緊貼的是環繞建筑四周的雨水溝。隔震溝蓋板與擋土墻間的水平縫，與雨水溝內側關聯。由于雨水溝很大程度上阻止了室外水流向隔震溝蓋板下的水平縫。只需在水平縫內填塞一定的柔性防水材料，即可阻止室外水浸入隔震層。從而解決了隔震層漏水的風險。

1.2 隔震溝構造做法的技術難點

隔震溝構造在建筑設計中，最大的難點在于溝蓋板與擋土墻間水平縫的防水做法。常用做法中，除圖4所示做法外，都對水平縫的防水做了2道保障措施：①隔震溝外側的雨水溝溝頂標高高于室外地坪，這樣做能保證突發大雨，地面徑流量較大時，不會瞬間將雨水溝淹沒，造成雨水溝漫溝，使得地面水直接涌向隔震溝蓋板下的水平縫；②雨水溝本身。一般情況下，只要雨水溝保持通暢，雨水溝的溝深足夠容納經過雨水篦子匯入雨水溝的室外水，不會出現漫溝的情況，也就保證了隔震溝蓋板水平縫不直接接受外部水壓的情況。

圖1 隔震溝構造1

圖2 隔震溝構造2

圖3 隔震溝構造3

圖4 隔震溝構造4

有一種情況是：為保證建筑方案的呈現效果，建筑設計時要求建筑結構外側的地面與室外地坪間不再設置高差。這時，隔震溝的構造形式將能采用圖4所示的情況。該構造與其他構造最大的區別在于，隔震溝蓋板與雨水溝蓋板在同一個平面內，且只有雨水溝一道防水保護措施。雨水溝蓋板兩端均可活動，一端設有斜口，當地震發生時，隔震溝蓋板會將可活動的雨水溝蓋板頂開，雨水溝蓋板會沿斜口往上爬升，最終掉入雨水溝內，不再對影響隔震溝蓋板的水平活動。

1.3 常用做法存在的問題

一般來說，圖集提供的4類常用做法，基本能滿足90 %的設計工況。但每種構造做法的使用工況都相對較為單一，且具有一定的局限性。對隔震溝防水保證率較高的前3類做法，很好的解決了實用性的訴求。但由于隔震溝蓋板與室外地坪之間的高差，造成建筑結構外側地面與室外地坪間存在一個不可消滅的坎。當建筑外觀有控制有訴求時，這3類隔震溝將無法適配。

對于第四類隔震溝做法，雖然其防水保證措施只有1道。但其對于建筑外觀有控制訴求的建筑適配性極好，深受廣大設計者青睞。在絕大多數的公建設計中，構造4的使用效率是最高的。然而此類隔震溝做法有一個最大的弱點。其工作原理造成，當地震發生時，雨水溝蓋板會掉落，在建筑室外形成1個明溝。這直接造成該做法不能作為建筑出入口處的隔震構造措施。

在很多已實施的隔震項目中，為了美觀，建筑師大多數采用第四類隔震溝的形式，而為了保證出入口的安全，隨處可見的處理辦法是在出入口的位置，在隔震溝蓋板及雨水溝蓋板上蓋1塊面積足夠大的鋼板，見圖5，以保證出入口地面的通暢性。

圖5 出入口蓋板示意圖

雖然加蓋的鋼蓋板非常有效的解決了構造4用于建筑出入口時的問題，但仍然存在防滑性能差、易生銹及整體美觀性不理想等各方面的不足需要解決。

2 新式隔震溝構造做法研究

通過前文的分析，常用的4類隔震溝做法中，前3類構造除應用工況有局限以外，做法本身沒有技術缺陷。而第4類構造，其本身具有一定的技術缺陷，而使用又較為廣泛。因此，嘗試修補其技術缺陷頗有意義。接下來筆者將就隔震溝構造做法4的技術缺陷進行分析，并嘗試找到合適的解決方案。

2.1 主要問題分析

前文所述，修復隔震溝構造4技術缺陷的關鍵在于，如何保證雨水溝的蓋板在被隔震溝蓋板擠壓時不傾覆墜落。

通過分析圖4可以看出：要保證雨水溝蓋板不墜落，那么雨水溝蓋板不能設計成兩端自由，靠重力放置在溝壁上的形式。而是要設計成一端與溝壁可靠連接。另一端可自由滑動的形式。這樣，當滑動端臨空時，亦能保證其不墜落。

2.2 解決方案

基于以上分析，除了解決墜落問題外，還需要保證雨水溝蓋板是可以打開，以便于檢修雨水溝。令人欣慰的是，在設計中，只需將構造4稍作改進，即可達到修復技術缺陷的效果。

(1)將構造4位于雨水溝外側壁頂部的斜口改到內側壁頂部。將隔震溝頂板與雨水溝蓋板設置成互為斜口的形式。

(2)將雨水溝外側壁頂部加寬，保證足夠的支承寬度。

(3)在雨水溝外側設置1個可轉動的鉸支座，支座與雨水溝蓋板可靠連接，保證溝蓋板能沿鉸支座旋轉。這樣設計，溝蓋板在地震時，會沿斜口被隔震溝蓋板頂起，相互之間進行滑動。同理，平時使用情況下亦能翻起對雨水溝進行檢修。同時，由于足夠的支承寬度，保證溝蓋板在地震位移下，懸空時，不會下翻，落入排水溝，見圖6。

圖6 新式隔震溝構造

該方案繼承了隔震溝構造4的眾多優點，同時彌補了其不能用于建筑出入口位置的技術缺陷。

3 新式隔震溝構造做法的項目實踐

3.1 應用中存在的問題

新式隔震溝構造解決方案雖然補全了第4類隔震溝的技術缺陷，但在實際應用中仍然存在一些技術問題，需要解決和完善。

大多數情況下，建筑的室外地坪是有一系列的鋪裝飾面層的，新式隔震溝解決方案鉸接一端要求一定的空隙來保證蓋板整體的旋轉性能，同時，鉸支座由于結構的問題，很難保證溝蓋板整體的平整性。因此，當室外需要考慮鋪裝時，新式隔震溝解決方案的適應下將大大降低。若能徹底解決與飾面層干涉的問題，則新式解決方案的普適性將不存在任何障礙。

3.2 解決方案的技術完善

要完善解決方案，首先需要對應用中的矛盾點進行分析。如圖6構造所示，新式隔震溝構造做法的設計原理是，讓隔震溝外側雨水溝蓋板一端固定，另一端可繞固定鉸支座旋轉，當地震時，隔震溝蓋板做水平運動，而雨水溝蓋板做定軸轉動。而當蓋板上有飾面層時，轉動就成為了該構造做法的矛盾點。因此，技術完善的核心應著眼于是否能將轉動變成平動，這樣問題將迎刃而解。

通過分析不難發現，當隔震溝蓋板與雨水溝蓋板處于同一平面時，當兩蓋板相向運動時，必須有一邊發生轉動，才能避免構造損壞。因此同平面的設計邏輯對于構造做法的完善是不可行的，應考慮將兩塊蓋板采用上下搭接的方式，來實現蓋板間的相對滑動，這樣，解決方案的可實施性將得到解決。

3.3 構造做法實踐

根據技術完善思路，結合4類常用隔震溝構造做法的特點，將新式隔震溝構造做法進行調，將需要轉動的蓋板變成一塊純地面裝飾的反翹蓋板，置于隔震溝蓋板上，在建筑出入口處，適當優化室外雨水溝的位置，預留出雨水溝蓋板的滑動空間。將雨水溝蓋板從轉動蓋板調整為由螺栓連接的一端固定且不能轉動的可拆卸蓋板。雨水溝蓋板采用與室外飾面層一體制作的方式加工。安裝后與預制反翹蓋板表片平齊。當地震發生時，反翹蓋板受擠壓時主動上翹，且容易復位，見圖7。至此，新式隔震溝構造做法在實踐應用時存在的問題得到全部解決。

圖7 新式隔震溝構造最終形態

4 結 語

該文通過對隔震構造圖集提供的幾類常用隔震溝構造做法，在實際應用中存在問題的研究，提出了一種新式的隔震溝構造做法，并已在實際工程項目中應用，實用性和適應性已得到驗證。該做法繼承了常用做法的功能特點，同時具有普適性好、不影響建筑整體美觀等特點。可供廣大建筑設計工作者參考與借鑒。