建筑基礎(chǔ)選用橡膠支座隔震技術(shù)的可行性分析

鄭 斌

（福建宏盛建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

2008年“5·12”汶川特大地震，導(dǎo)致大量房屋倒塌，造成重大人員及財產(chǎn)損失。在總結(jié)汶川地震災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，國家住建部根據(jù)國家有關(guān)抗震防災(zāi)法律法規(guī)，圍繞“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設(shè)計原則，對建筑工程設(shè)計和建筑建造規(guī)范提出了更高的要求。建筑基礎(chǔ)隔震橡膠支座設(shè)計作為當(dāng)今抗震設(shè)計的一個環(huán)節(jié)，我們有必要深入了解建筑基礎(chǔ)橡膠支座的隔震技術(shù)。本文以廈門市公安局特警基地訓(xùn)練場項(xiàng)目為例，根據(jù)隔震技術(shù)原理深入分析隔震橡膠支座主要性能檢驗(yàn)與特性測試，以期判斷案例工程采用隔震橡膠支座的可行性。

1 工程概況及選用隔震技術(shù)的原理分析

1.1 工程概況

廈門市某基地訓(xùn)練場建設(shè)地點(diǎn)位于福建省廈門市海滄區(qū)，本項(xiàng)目總建筑面積19321.967m2，地上建筑面積19205.763m2，地下室建筑面積116.204m2。教學(xué)、訓(xùn)練、綜合演練用房主體結(jié)構(gòu)為5層框架結(jié)構(gòu)，建筑高度為23.1m，基礎(chǔ)為隔震結(jié)構(gòu)。隔震裝置位于基礎(chǔ)短柱柱頂，采用隔震技術(shù)設(shè)計，經(jīng)過計算，結(jié)構(gòu)水平向減震系數(shù)為0.40，上部結(jié)構(gòu)偏于安全簡化按照7度（0.10g）進(jìn)行抗震設(shè)計，隔震層在罕遇地震作用下最大的水平位移為141mm（Y向即橫向）；該工程隔震設(shè)計和隔震措施符合《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011-2010）和《疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程》（CECS 126∶2001）的規(guī)定；上部與下部結(jié)構(gòu)之間的水平隔震縫高度不應(yīng)小于25mm，上部結(jié)構(gòu)周邊的豎向隔震縫寬度不應(yīng)小于250mm。

1.2 選用隔震技術(shù)的原理分析

傳統(tǒng)的建筑抗震技術(shù)是把建筑物上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)牢固地連成一體，配更粗的鋼筋、用更多的混凝土澆注，把房子蓋得更結(jié)實(shí)，但這種“以剛克剛”的辦法抗震效果并不理想，地震時，非隔震結(jié)構(gòu)頂層加速度較地面加速度放大1～4倍，房屋激烈晃動，梁柱損壞，內(nèi)部裝飾、設(shè)備破壞。而地震波的周期與建筑的自振周期大都在0.1～1s范圍之間，因此地震時會產(chǎn)生較大的反應(yīng)。

建筑隔震技術(shù)與傳統(tǒng)的抗震技術(shù)不同， 其特點(diǎn)是“以柔克剛”。隔震橡膠支座是重要的隔震技術(shù)之一，其一般是在基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間，設(shè)置橡膠隔震支座，形成剛度很低的柔性隔震層， 通過隔震層的變形消耗及緩沖地震時基礎(chǔ)的振動，以延長結(jié)構(gòu)自振周期、增大阻尼，減少輸入上部結(jié)構(gòu)的地震能量，達(dá)到“小震不壞，中震可修，大震不倒”。該措施可以抵消掉地震80%左右的能量，使建筑物的安全得到更可靠地保證[1]。

隔震橡膠支座是由橡膠和鋼板多層疊合經(jīng)高溫硫化粘結(jié)而成，按其構(gòu)造分為天然橡膠隔震支座（LNR）、鉛芯橡膠隔震支座（LRB）和髙阻尼橡膠隔震支座（HDR）三類。

廈門市公安局特警基地訓(xùn)練場項(xiàng)目所用到的抗震支座主要是LNR與LRB兩種類型。LNR系列橡膠支座可延長上部結(jié)構(gòu)的自振周期至2～3s以上，大大減緩了建筑物因地震而產(chǎn)生的加速度響應(yīng)，降低地震對建筑物的作用力。而LRB系列鉛芯隔震橡膠支座具有較大阻尼性能，從而達(dá)到預(yù)期的抗震防震要求。

2 選用橡膠支座隔震技術(shù)的可行性分析

2.1 隔震橡膠支座的檢驗(yàn)

2.1.1 隔震橡膠支座力學(xué)性能第三方檢驗(yàn)

該工程設(shè)計隔震橡膠支座共計36套，其中型號規(guī)格見表1。

表1 隔震橡膠支座型號規(guī)格匯總

支座出廠時提供建筑隔震橡膠支座型式、檢測報告及出廠合格證。根據(jù)設(shè)計要求，甲方抽取20個進(jìn)行第三方檢驗(yàn)，其中4個LNR500，4個LRB500，4個LNR600，4個LRB600，4個LNR700。檢驗(yàn)單位為甲方委托的具有專項(xiàng)檢驗(yàn)檢測資質(zhì)的四川交大工程檢測咨詢有限公司。本次試驗(yàn)所采用的主要儀器設(shè)備及編號為20000KN支座動靜態(tài)壓剪試驗(yàn)機(jī)（FTS-2000T）SBQ-SY-72。經(jīng)過試驗(yàn)，隔震支座力學(xué)性能試驗(yàn)檢測報告結(jié)論為：豎向壓縮剛度均符合《橡膠支座第3部分：建筑隔震橡膠支座》（GB 20688.3-2006）的要求，剪切性能均符合S-A類的要求。以LNR700為例，其力學(xué)性能試驗(yàn)曲線見圖1。

圖1 LNR700力學(xué)性能試驗(yàn)

2.1.2 隔震支座水平極限變形能力的檢驗(yàn)

根據(jù)《建筑隔震工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（JGJ360-2015）第4.2.1條，對隔震支座進(jìn)行水平極限變形能力（350%剪應(yīng)變）的檢驗(yàn)，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑隔震橡膠支座》（JG118）要求進(jìn)行檢驗(yàn)，共抽取3個，其中1個LNR500，1個LNR600，1個LNR700，檢驗(yàn)后不得用于工程中。本次試驗(yàn)所采用的主要儀器設(shè)備及編號仍為20000kN支座動靜態(tài)壓剪試驗(yàn)機(jī)（FTS-2000T）SBQ-SY-72。經(jīng)過試驗(yàn)，以LNR700為例，隔震支座力學(xué)性能試驗(yàn)檢測報告結(jié)論（見表2所示）為：LNR700的破壞剪應(yīng)變檢測值為356.2%，大于標(biāo)準(zhǔn)要求350%，破壞剪應(yīng)變符合GB《橡膠支座第3部分：建筑隔震橡膠支座》（20688.3-2006）A類要求。

表2 LNR700隔震支座力學(xué)性能試驗(yàn)檢測報告表

2.1.3 隔震支座極限水平變形量的檢驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計要求，隔震橡膠支座直徑為500mm極限水平變形量應(yīng)大于299mm，支座直徑為600mm極限水平變形量應(yīng)大于369mm，支座直徑為700mm極限水平變形量應(yīng)大于465mm。經(jīng)過試驗(yàn)，以LNR700為例，從力學(xué)性能試驗(yàn)檢測報告中的破壞剪應(yīng)變試驗(yàn)曲線中可得知三種型號的隔震支座極限水平變形量均符合設(shè)計要求。

情不在長，貴在真。一頁頁讀來，掩卷長思，閉卷感悟，深為總書記的為民情懷而觸動。總書記在書中講述了自己插隊基層工作經(jīng)歷，從不滿十六歲去農(nóng)村插隊盼著鄉(xiāng)親過上好日子，到四十多年來從事縣、市、省和中央工作，一路篤行始終不敢忘卻困難群眾的生活生產(chǎn)，始終不敢忘卻脫貧攻堅、共享小康社會和實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的夢想。他深情地說到：“善為國者，遇民如父母之愛子，兄之愛弟，聞其饑寒為之哀，見其勞苦為之悲。”

2.2 隔震結(jié)構(gòu)動力特性測試

2.2.1 測試方法與目的

在本項(xiàng)目完成主體封頂、室內(nèi)裝修后，按照設(shè)計圖紙要求，竣工驗(yàn)收前專門委托具有相應(yīng)資質(zhì)的檢測機(jī)構(gòu)福建省建研工程檢測有限公司進(jìn)行測試。本次測試采用環(huán)境激勵法（脈動法）進(jìn)行測試，測試過程中采集記錄結(jié)構(gòu)在環(huán)境激勵下X、Y兩個方向的隨機(jī)振動加速度信號（X方向?yàn)檠亟ㄖ锒踢叿较颍琘方向?yàn)檠亟ㄖ镩L邊方向）。根據(jù)檢測結(jié)果，結(jié)合后續(xù)數(shù)據(jù)處理分析，得到結(jié)構(gòu)X向、Y向的第一階自振頻率。

2.2.2 測試方案

（1）測點(diǎn)布置：根據(jù)設(shè)計圖紙要求及現(xiàn)場實(shí)際條件，傳感器布置于一層、五層，具體位置如圖2所示。

圖2 振動測點(diǎn)布置示意圖

（2）測試工況：測試在環(huán)境噪聲振動下的結(jié)構(gòu)自振頻率。

（3）測試步驟：

①振動傳感器安裝。將振動傳感器固定于測點(diǎn)位置，并將傳感器與動態(tài)采集儀進(jìn)行連接；

②振動測試機(jī)系統(tǒng)檢查與調(diào)試。檢查各傳感器的工作狀態(tài)，確保傳感器處于正常工作狀態(tài)；

2.2.3 檢測儀器

主要測試儀器匯總在表3中。

表3 主要測試儀器匯總表

2.2.4 測試數(shù)據(jù)處理結(jié)果

該項(xiàng)目采樣時間為20min，設(shè)置采樣頻率為50Hz，采集本項(xiàng)目中的訓(xùn)練場、教學(xué)樓、綜合演練用房在環(huán)境激勵下X、Y兩個方向的隨機(jī)振動加速度信號，并進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，獲得結(jié)構(gòu)的動力特性。分析結(jié)果表明，沿X方向的第一階振動頻率為2.49Hz（周期：0.402s）；沿Y方向的第一階振動頻率為3.03Hz（周期：0.330s）。X、Y方向測點(diǎn)的加速度時域波形見圖3，實(shí)測頻譜圖見圖4。測試結(jié)果均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

圖3 X、Y方向測點(diǎn)振動測試加速度波形圖

圖4 X、Y方向測點(diǎn)頻譜分析圖

3 結(jié)束語

綜上所述，本文從隔震技術(shù)原理出發(fā)，以實(shí)際工程案例分析隔震橡膠支座力學(xué)性能第三方檢驗(yàn)、水平極限變形能力的檢驗(yàn)、極限水平變形量的檢驗(yàn)，并采用環(huán)境激勵法（脈動法）進(jìn)行該工程隔震結(jié)構(gòu)動力特性的測試，采集記錄結(jié)構(gòu)在環(huán)境激勵下X、Y兩個方向的隨機(jī)振動加速度信號，根據(jù)檢測結(jié)果，結(jié)合后續(xù)數(shù)據(jù)處理分析，得到結(jié)構(gòu)X向、Y向的第一階自振頻率與周期。結(jié)論是：

（1）以LNR700為例，從力學(xué)性能試驗(yàn)檢測報告中的破壞剪應(yīng)變試驗(yàn)曲線可知：三種型號的隔震支座極限水平變形量均符合設(shè)計要求；

（2）隔震結(jié)構(gòu)動力特性測試結(jié)果均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；

總之，該工程選用建筑基礎(chǔ)橡膠支座隔震技術(shù)既滿足了抗震設(shè)防烈度要求，又降低了上部結(jié)構(gòu)的含鋼量，符合綠色建筑要求，且有助于降低碳排放，案例工程基礎(chǔ)采用隔震橡膠支座設(shè)計是可行的，是較為理想的選擇。