學校建筑隔震支座技術運用探討

柴旭暉

甘肅省第五建設集團有限責任公司 甘肅 會寧 741000

建筑隔震技術是設置在建筑物下部和上部之間的隔震層，隔震層水平剛度較小、豎向剛度較大的情況下，能夠在發生地震時耗散、吸收地震的能量，從而達到減震的作用，是較為有效的建筑抗震技術。2021年9月1日，《建設工程抗震管理條例》正式實施，其中明確了村鎮居民、核電廠、砌體、大跨屋、高層隔震等建筑的隔震設計方案，也為歷史古跡、古老房屋的隔震基礎提供了新的解決方案。

本文以某職業技術學院為案例，重點分析學校建筑隔震支座技術的原理和應用，并從政府管理、建筑施工單位的層面提出推廣應用隔震支座技術應用的具體對策，具有一定研究價值。

1 隔震支座技術概況

1.1 基本原理

建筑結構隔震技術是在建筑結構的中下部之間增加隔震結構，以此使自己振周期變長，通過阻尼作用減小地震時建筑結構的響應。建筑結構隔震技術可以使建筑結構更牢固、安全，增強建筑結構震后的恢復功能，其原理如圖1所示。

圖1 基礎隔震技術原理

1.2 技術分類

本文對建筑隔震支座技術的分類進行詳細介紹，主要包括三種，即：半主動隔震支座、三維隔震（振）支座、抗拉隔震支座。

目前，普遍使用的建筑隔震支座抗拉能力不能有效抵抗地震時建筑結構出現傾斜的影響。在常用隔震制作基礎上，對抗拉隔震支座進行改進，能夠有效增強隔震支座的抗拉能力，并降低對其承壓和水平隔震能力的影響。根據抗拉隔震支座的結構，能將其分為四類，如表1所示。

表1 抗拉隔震支座的主要類型

1.3 三維隔震（振）支座

由于軌道交通導致的建筑震動通常為垂直方向，為了降低軌道交通對附近建筑的震動，可借助豎向減震技術。尤其是核電站等建筑，對豎向隔震性能也有較高要求，需增加豎向剛度偏弱的隔震支座。

發生地震時，豎向隔震（振）在水平方向上會儲層手傾覆力矩，豎向隔震（振）支座兩側的結構會在拉力作用下發生形變，會引起隔震支座的搖晃、破壞。豎向隔震（振）支座豎向剛度能夠使軌道交通、地震引起的震動響應減小，借助水平隔震能夠使地震水平方向上的影響降低，使傾覆力矩降低，不會出現結構晃動。按照變形結構和原理，能將三維隔震（振）支座分成兩類，即：組合型、單一型，如圖2所示。

圖2 三維隔震（振）支座的分類

1.4 半主動隔震支座

半自動控制、主動控制是一種新型的震動控制技術，該技術在建筑結構震動結構設計中，引入現代控制領域的智能控制、自適應、路魯棒性、最優控制等結構震動控制技術，能夠在能量輸入有限的基礎上，根據自身結構響應和外部擾動對控制裝置的參數進行調節，對建筑結構的震動響應有明顯的抑制作用。該類控制技術能夠解決常規被動控制技術產生的問題和不足。半主動隔震支座是在建筑結構隔震設計中使用半主動控制，對于上部結構的地震響應和隔震層的位移都能起到一定的抑制作用。

半主動控制隔震支座的技術有兩類，即：調整隔震結構的剛度和阻尼，如表2所示[1-3]。

表2 半主動隔震支座類型

2 學校建筑隔震支座技術運用案例

2.1 工程概況

某職業技術學院8號、9號學生公寓樓項目，總建筑面積為15532.09平方米，其中地上建筑面積為13208.81平方米（8#宿舍樓6241.93平方米、9#宿舍樓6280.30平方米、連接體500.10平方米、服務用房186.48平方米），地下建筑面積為2323.28平方米。

項目地上建筑包含東西兩棟六層宿舍樓，中間為二層連接體，地下一層，建筑高度22.20米，地上層高均為3.60米，地下層高為4.20米。服務用房地上2層，層高為3.6米，建筑高度7.35米。

抗震設防烈度為八度；地上耐火等級為二級，地下耐火等級為一級。屋面防水等級為二級，建筑設計使用年限為50年。該項目使用各型號隔震支座共計84套。

2.2 抗震方案

某職業技術學院8號、9號學生公寓樓項目抗震級別為乙類，按照《建筑工程抗震設防分類標準》的規范，應根據該區域內抗震設防烈度8度的要求進行抗震、隔震施工。地震分組是三組，水平系數最大值0.16，加速度0.3g。

某職業技術學院8號、9號學生公寓樓項目采用減隔震的隔震設計方案，根據地震水平系數0.08，根據設防烈度確定抗震等級并控制軸壓比，隔震層上方結構抗震等級為二級。

根據某職業技術學院8號、9號學生公寓樓項目平面不規則、結構立面等結構特點，減隔震設計方案如下：

（1）結合建筑結構不同區域之間受力分布的改變和層間位移的變化特性，評估受力特征的負面影響，通過加強手段和減震措施，根據平扭耦聯計算扭轉效應，在計算時考慮雙向水平地震、偶然偏心等；（2）當預設水平作用存在時，控制結構的樓層位移比小于1.5；（3）將樓層側移剛度的控制在相鄰三個樓層平均側移剛度的80%或相鄰兩個樓層平均側移剛度的70%；（4）增加電梯間四周板的厚度，配備雙層、雙向配筋，使樓板的配筋率增加。

2.3 教學樓構造分析

按照《建筑抗震設計規范》規定的預設標準，根據扭轉耦聯時縱向、水平方向上的平動系數、扭轉系數和振動周期，計算柱的軸壓比，使其均值不大于0.65，保證建筑結構的延性良好。保證建筑的各指標符合抗震規范，柱、梁沒有超限的情況。在地震發生時，使建筑結構的地震響應控制在預設范圍內，地震力、周期、自振位移等指標符合相關標準，屬于正常范圍內。

經綜合評估，根據某職業技術學院8號、9號學生公寓樓項目整體結構設計合理，抗震設計方案科學、有效。

2.4 減隔震設計

結合建筑實際使用、結構和抗震功能設計的需求，在樓板（±0.00m）下方的1米和-1.6米處分別放置隔震支座，隔震層的高度分別為1米和1.6米。將基梁、基礎承臺放在下支墩和隔震層下方。

設計建筑結構各層剛度時，要保證隔震層下方和上層建筑結構在水平方向上的剛度遠高于隔震支座水平剛度；建筑結構上層的水平剛度要遠小于隔震支座上方梁板、砼隔震支墩的水平剛度；隔震層上層結構的重量由全部由隔震層下方結構支撐，建筑整體結構和各指標滿足隔震設防地震預設承載力、嵌固剛度比的標準，計算抗剪承載力需要根據罕見地震的情況參考。

設計減隔震結構之前，要驗證計算模型的準確性和可靠性，可將模型的結果與PKPM（Satwe）模型對比，保證計算結果的準確。

2.5 抗震評估

根據建筑物產地類別和預設地震分組，采用時程分析法模擬人工進行加速度并記錄強震數據，觀察時程平均反應譜，并將其與標準反應譜進行對比。當二者相似時，表明項目的減隔震設計達到標準規范的要求[4-6]。

3 隔震技術在學校建筑應用推廣的建議

3.1 政府職能部門

3.1.1 建設行政主管部門

①大力普及和宣傳建筑減震的有關知識，提升行政部門的認知度；②組織臨高、員工到隔震建筑工地進行實地參觀，為員工提供隔震技術培訓；③將隔震工程案例、專項審查資料等保存入庫，建立隔震技術專家庫、隔震項目資料庫。

3.1.2 城市規劃管理部門

①在城市賑災中，隔震建筑期得到了應急指揮和救護的作用，所以應積極支持建設隔震建筑;②應參照《建筑工程建筑面積計算規范》(GB/T5053—2013)中明確的記錄了建筑中隔震層的面積，由于其是用于檢修的，所以并不將其計入容積率和建筑面積。按照建設單位要求，開放架空隔震層。

3.1.3 工程造價管理部門

①按照隔震建筑的結構和性質，編制配套構建、預埋件、隔震支座的清單；②在工程造價里體現由于隔震層施工工期延長而額外付出的成本。

3.1.4 工程質量監督機構

①按照國家標準、規程和規范，聘請專家為員工提供隔震技術講座；②按照相關規范進行柔性連接、預留隔震溝（縫）、第三方檢測等隔震層防火和結構。

3.2 建設相關單位

3.2.1 建設單位

①聘請相關專家在建設前為建設單位的員工提供隔震設計的咨詢，評估項目技術、經濟可行性；②探索、研究建筑隔震技術的應用，盡量縮短工期、減少投資、降低風險。

3.2.2 建筑設計單位

①聘請相關專家為設計單位的員工提供隔震設計相關的培訓，提升技術水平；②協調好各工序，包括柔性管線、給排水、電氣、隔震層關鍵節點的結構等。

3.2.3 工程施工單位

①聘請相關專家為施工單位的員工提供隔震技術、隔震建筑施工相關的培訓，到隔震技術成功應用的地區進行實地調查，提升隔震建筑施工技術水平；②根據國家規范、標準和項目實際情況，編制隔震層施工方案；③與支座安裝團隊進行技術溝通，試安裝預埋件；④聘請專業團隊安裝。

3.2.4 工程監理單位

①聘請相關專家為質檢部門的員工提供隔震技術、隔震建筑施工相關的培訓，到隔震技術成功應用的地區進行實地調查，提升隔震建筑施工監督質量；②根據項目實際情況，編制隔震層施工標準、監理規劃；③安裝隔震支座過程中采用旁站工作方式；④取樣隔震支座后送檢。

3.2.5 隔震裝置生產企業

①根據隔震結構制造標準、規范進行生產、設計；②按照合同提供服務，保證隔震層質量；③明確隔震層各結構的尺寸、參數，符合施工需求。

3.2.6 建筑使用單位

①明確建筑中隔震結構、隔震層的必要性，避免私自改造各鎮層附近的節點，導致隔震層在水平方向上發生變形；②維護、管理、使用隔震建筑的規范制度[7-10]。

4 結論

在各種自然災害中，地震較為常見，且對人類生命安全帶來較大威脅。在學校建筑中合理運用減隔震技術，能夠增強學校建筑質量。按照抗震標準設計建筑減隔震層，能夠增強學校建筑的可行性和有效性。