保證隔震建筑工程質(zhì)量的措施研究

李貴文（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

中國是地震多發(fā)國家之一，主要分布在臺灣、西南、西北、華北、東南沿海地區(qū)和23條地震帶上。地震災(zāi)害不斷發(fā)生，造成大量的人員傷亡以及房屋、橋梁等建筑物的破壞或倒塌。尤其是大地震，更是一種突發(fā)性、毀滅性的自然災(zāi)害，能引起火災(zāi)、水災(zāi)、房屋倒塌、有毒氣體泄漏、細(xì)菌及放射性物質(zhì)擴(kuò)散，還可能造成海嘯、滑坡、崩塌、地裂縫等次生災(zāi)害。近年來的四川汶川特大地震、青海玉樹大地震、甘肅岷縣-漳縣大地震等災(zāi)害，更是引起了人們對建筑物在地震發(fā)生時(shí)工作性能的關(guān)注。如何保證在建筑物地震時(shí)的工作性能，成為我們要迫切解決的問題。建筑隔震是在建筑物和基礎(chǔ)之間，設(shè)置一種特殊裝置把建筑物和地面分開，隔離地震能量向建筑物傳遞，以此來消耗地震能量，避免或減少地震能量向上部傳輸，能夠更有效地保障上部結(jié)構(gòu)與內(nèi)部人員、設(shè)備的安全，減輕地震災(zāi)害。和傳統(tǒng)建筑相比，隔震建筑具有設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜、材料的性能差異大、施工技術(shù)復(fù)雜、施工質(zhì)量要求高的特點(diǎn)。如何有效保證隔震建筑的工程質(zhì)量，是政府和社會共同急切研究的問題[1]。

1 大力推廣隔震建筑是建設(shè)和諧社會的需求

和傳統(tǒng)建筑相比，采用基礎(chǔ)隔震技術(shù)的建筑，可適當(dāng)降低上部結(jié)構(gòu)設(shè)防水準(zhǔn)（一般可降低一度），這樣就可能使建筑布置更加靈活，并可減少一些結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸或配筋，從而使上部結(jié)構(gòu)能節(jié)約部分土建造價(jià)。對于中高烈度地區(qū)，采用基礎(chǔ)隔震技術(shù)建造的建筑，可以突破現(xiàn)行抗震規(guī)范中對房屋層數(shù)和高度的限制，在保證高寬比的前提下可以提高一到兩層，這樣可以提高建筑物的容積率，節(jié)省建設(shè)用地，提高土地的利用率，帶來廣泛的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。隔震建筑上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)減少后，其抗震可靠度大大提高，建筑的設(shè)防目標(biāo)一般可以提高一個(gè)設(shè)防等級。傳統(tǒng)建筑的設(shè)防目標(biāo)一般是“小震不壞，中震可修，大震不倒”，而合理設(shè)計(jì)的隔震建筑通常能做到“小震不壞，中震不壞或輕度破壞，大震不喪失使用功能”，其潛在的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益十分可觀。隔震建筑由于有一層柔性底層，能夠?qū)⒌卣鹉芰炕蚍答伝氐孛婊蛴筛粽饘游?，因此，不但可以確保結(jié)構(gòu)的整體安全，并且能夠減小甚至防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，避免發(fā)生建筑物的內(nèi)部裝修、室內(nèi)設(shè)備的破壞以及由此引起的次生災(zāi)害，甚至可以保證建筑物在地震時(shí)正常使用功能，這對醫(yī)院、學(xué)校、幼兒園、消防中心、防災(zāi)控制中心等生命線工程或其它如博物館、計(jì)算中心等重要建筑物更具有特殊的重要意義。隔震建筑物提高的設(shè)防水準(zhǔn)，保證了大震來臨時(shí)建筑物的安全使用及人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，對于大震來臨時(shí)的搶險(xiǎn)、指揮及穩(wěn)定民心具有重大意義。

2 重視隔震建筑的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

1）選擇適宜的建設(shè)場地和地基基礎(chǔ)：建設(shè)場地宜選擇Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類，并選用穩(wěn)定性較好的基礎(chǔ)類型。硬場地土比較適合隔震建筑，軟弱場地濾掉了地震波中的高頻分量，但對低頻分量有放大效應(yīng)，在這種場地條件下，延長隔震結(jié)構(gòu)的周期反而會增大地震作用，使得隔震層位移過大。基礎(chǔ)的不均勻沉降會導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)作用的隔震支座的豎向荷載出現(xiàn)重新分布，造成部分支座的實(shí)際承載力超過設(shè)計(jì)值，對結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定造成威脅，因此，隔震建筑應(yīng)該有良好的地基。

2）隔震建筑的體型要求：采用隔震設(shè)計(jì)建筑的體型系數(shù)不應(yīng)大于4，對于體形系數(shù)較大的建筑物在工程設(shè)計(jì)中要進(jìn)行特別研究，要保證結(jié)構(gòu)在小震作用下，隔震支座不能出現(xiàn)拉應(yīng)力，要進(jìn)行罕遇地震作用下整體抗傾覆驗(yàn)算，防止支座受壓屈服或者出現(xiàn)超過1.0MPa的拉應(yīng)力。

3）合理確定隔震層（隔震支座）的位置：對于有地下室的建筑，可將隔震層設(shè)置在地下室的柱頂、柱中、柱底均可；對于地下室層高較高的建筑，可在地下室單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)隔震層。對于有人防要求的建筑，其隔震層應(yīng)設(shè)在人防地下室的上面一層；大底盤多塔結(jié)構(gòu)，考慮到大底盤可能用做車庫或者商場，大底盤層柱距較大，為不影響大底盤層的使用功能，可將隔震層設(shè)置在大底盤層上面一層，即在上部結(jié)構(gòu)與大底盤層之間，專門設(shè)置層高1.5m～2.0m的隔震層。

4）計(jì)算模型：隔震體系的計(jì)算簡圖應(yīng)增加隔震支座及其頂部梁板所組成的質(zhì)點(diǎn)，對于變形特征為剪切型的結(jié)構(gòu)，可采用剪切模型，當(dāng)隔震層以上結(jié)構(gòu)的質(zhì)量重心與隔震層剛度中心不重合時(shí)，應(yīng)計(jì)入扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響。

5）隔震層的整體剛度要求：為了保證隔震層能夠整體協(xié)調(diào)工作，在隔震層頂部應(yīng)設(shè)計(jì)平面剛度足夠大的梁板系統(tǒng)，適當(dāng)加大隔震層現(xiàn)澆樓板的厚度，適當(dāng)增加該層梁板的配筋，對隔震支座附近的梁柱尤其要加強(qiáng)。

6）水平地震作用下隔震層的驗(yàn)算：根據(jù)隔震層力學(xué)參數(shù)，隔震層在小震時(shí)的等效剛度等效阻尼比，大震時(shí)的等效剛度、等效阻尼比，采用動力時(shí)程分析法，選用適合的計(jì)算模型和符合場地頻譜特征的實(shí)際地震波及符合抗震規(guī)范反應(yīng)譜要求的人工模擬地震波，分別對隔震和不隔震結(jié)構(gòu)在多遇地震下和罕遇地震下的地震反應(yīng)進(jìn)行對比分析。

7）地震波的選?。翰捎脮r(shí)程分析法進(jìn)行：計(jì)算時(shí)，應(yīng)按建筑場地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用實(shí)際強(qiáng)震記錄和人工模擬的加速度時(shí)程曲線，其中實(shí)際強(qiáng)震記錄的數(shù)量不應(yīng)小于總數(shù)的2/3，多組時(shí)程曲線的平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型反應(yīng)譜所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符，其加速度時(shí)程的最大值按照表1采用[2]。彈性時(shí)程分析時(shí)，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)構(gòu)的65%，多條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值與不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)構(gòu)的80%。

表1 時(shí)程分析所有地震加速度時(shí)程的最大值(cm/s2)

8）適度增加建筑物的自振周期：使用水平隔震支座會適當(dāng)延長建筑物的結(jié)構(gòu)周期，結(jié)構(gòu)周期增大，地震作用下加速度的反應(yīng)譜往往遠(yuǎn)小于隔震前，地震作用減小了。但是對于結(jié)構(gòu)周期較長的高層建筑，隔震后周期改變不十分明顯，僅用延長周期的原理進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)是有局限性的。

9）適度利用隔震層的濾波原理進(jìn)行設(shè)計(jì)：水平地震波（橫波）經(jīng)過建筑物四周的隔震槽和側(cè)向剛度較小的隔震層后，衰減為新的輸入波形，隔震層上的結(jié)構(gòu)層的地震響應(yīng)可以認(rèn)為是經(jīng)過隔震層濾波后的新的輸入波，采用這樣的思路，在隔震結(jié)構(gòu)電算時(shí)就要把原建筑按照“規(guī)范”選用的地震波改變?yōu)樾碌摹叭斯げā保唧w方法是先對隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力時(shí)程分析，得到隔震層頂面的絕對加速度時(shí)程，再以該加速度時(shí)程作用新的輸入波進(jìn)行波譜分析，得到的反應(yīng)譜即是“濾波譜”。

10）水平地震作用計(jì)算：隔震層以上結(jié)構(gòu)的地震作用計(jì)算應(yīng)符合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010中第12.2.5條及第5章相關(guān)條款的規(guī)定。對于隔震后建筑的水平地震影響系數(shù)最大值的計(jì)算是隔震設(shè)計(jì)的核心參數(shù)。

11）水平風(fēng)荷載作用：嚴(yán)格控制風(fēng)荷載和其它非地震作用的水平荷載作用：風(fēng)荷載和其它非地震作用的水平荷載作用水平力的標(biāo)準(zhǔn)值不應(yīng)超過結(jié)構(gòu)總重量的10%。否則同樣會對結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定造成威脅。

12）豎向地震作用計(jì)算：當(dāng)設(shè)防烈度為9度和8度且水平向減震系數(shù)不大于0.30時(shí)，隔震層以上的結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行地震作用的計(jì)算，隔震層以上結(jié)構(gòu)豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算時(shí)，各層可視為質(zhì)點(diǎn)，按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010中（5.3.1-2）式計(jì)算豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值沿高度的分布。特別注意豎向地震影響系數(shù)最大值的取值。

13）隔震支座的合理布置和支座的驗(yàn)算：依據(jù)《疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程》CECS126-2001[4]，隔震層總受壓力承載力設(shè)計(jì)值不應(yīng)小于上部結(jié)構(gòu)總重力代表值的1.10倍，每個(gè)隔震支座的受壓承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)大于上部結(jié)構(gòu)傳遞到隔震支座的重力代表值；需要考慮豎向地震作用時(shí)，上部結(jié)構(gòu)傳遞到隔震支座的重力代表值，8度和9度時(shí)可分別取上部結(jié)構(gòu)重力代表值的20%和40%；《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010中12.2.3條則規(guī)定平均壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值應(yīng)按照永久荷載和可變荷載的組合計(jì)算，對需要驗(yàn)算傾覆的結(jié)構(gòu)應(yīng)包括水平地震效應(yīng)組合，對需要進(jìn)行豎向地震作用計(jì)算的結(jié)構(gòu)，尚應(yīng)包括豎向地震總有效應(yīng)的組合?；谝陨先N情況，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，如何選取荷載組合就是問題的關(guān)鍵所在，設(shè)計(jì)人員必需清晰地把握哪些建筑需要進(jìn)行傾覆驗(yàn)算，哪些建筑需要計(jì)算豎向地震。直接利用PKPM系列軟件SATWE中的Nmax組合計(jì)算布置支座，就會出現(xiàn)支座數(shù)量多、支座直徑大等浪費(fèi)現(xiàn)象。軸力的選取目前沒有相對比較成熟的軟件，規(guī)范之間的不相一致問題也比較突出，需要專門的研究[5]。隔震支座的布置應(yīng)使隔震層剛度中心和上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量重心重合，其規(guī)格、數(shù)量要依據(jù)豎向承載力、側(cè)向剛度和阻尼的要求綜合確定。橡膠隔震支座在重力荷載代表值的豎向壓應(yīng)力不應(yīng)超過表2的規(guī)定。

表2 橡膠隔震支座壓應(yīng)力限值

14）做好設(shè)計(jì)咨詢工作：大范圍推廣隔震建筑，無疑是對所有建筑設(shè)計(jì)單位的考驗(yàn)，目前我國設(shè)計(jì)市場中，不同設(shè)計(jì)資質(zhì)的單位，設(shè)計(jì)水平相差甚遠(yuǎn)，對于高資質(zhì)的大型設(shè)計(jì)院，可能也會出現(xiàn)人手不夠的情況。為保證工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量，政府監(jiān)管部門應(yīng)制定“隔震建筑設(shè)計(jì)咨詢”制度，聘請有豐富設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的專家參與工程設(shè)計(jì)的全過程，從工程的方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)和施工圖審查，到工程施工、工程監(jiān)理等全方位指導(dǎo)。

3 隔震建筑施工全過程質(zhì)量控制

目前我國施工驗(yàn)收規(guī)范對隔震建筑的施工技術(shù)及其質(zhì)量控制與管理要求缺乏指導(dǎo)，各參建單位對隔震房屋的施工要點(diǎn)普遍不太了解，施工過程中的質(zhì)量控制顯得尤為重要。

1）施工準(zhǔn)備階段的質(zhì)量控制：首先技術(shù)人員在施工前應(yīng)熟悉技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、施工圖紙、圖集、隔震分析報(bào)告等相關(guān)資料，準(zhǔn)確理解設(shè)計(jì)意圖，設(shè)計(jì)單位在圖紙技術(shù)交底時(shí)要進(jìn)行專項(xiàng)交底。要準(zhǔn)確安裝隔震元件并妥善保護(hù)成品，一般橡膠隔震支座的重量都比較大，在工程施工方案中要對機(jī)械的起重量、起重半徑、起重高度進(jìn)行認(rèn)真復(fù)核，對安裝使用吊索、鋼絲繩、扭力扳手等工具均應(yīng)滿足要求。隔震墊安裝應(yīng)在承壓板下部的混凝土澆筑振搗密實(shí)并具有不低于5N/mm2的強(qiáng)度時(shí)進(jìn)行。隔震墊要和支座進(jìn)行一對一的編號，防止安裝錯(cuò)位。其次要做好隔震元件的進(jìn)場驗(yàn)收：依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙檢查隔震墊、預(yù)埋鋼板、高強(qiáng)螺栓的型號、數(shù)量，查看并合理保管產(chǎn)品的出廠說明書、出廠檢驗(yàn)報(bào)告、產(chǎn)品性能保證書，并對照其指標(biāo)是否滿足《疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程》CECS126-2001和《建筑隔震橡膠支座》JG118-2000的參數(shù)要求[2]，并將以上資料的復(fù)印件轉(zhuǎn)交給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位或者技術(shù)支持單位。最后要檢查隔震墊、預(yù)埋鋼板、高強(qiáng)螺栓外觀質(zhì)量，是否存在生銹、變形、變色、損傷、龜裂等缺陷，檢查排氣孔、澆筑孔的位置和尺寸的允許偏差。

2）施工過程中質(zhì)量控制：上下支墩是安裝隔震支座的關(guān)鍵位置，上下支墩中鋼筋種類多、規(guī)格多、鋼筋密集，要在施工前進(jìn)行模擬安裝，優(yōu)選可靠的安裝順序，施工時(shí)嚴(yán)格按照既定順序控制安裝，調(diào)整好混凝土的澆筑位置，杜絕僅用細(xì)骨料澆筑而影響混凝土后期強(qiáng)度。準(zhǔn)確可靠固定預(yù)埋螺栓的位置是支座安裝的關(guān)鍵，施工組織設(shè)計(jì)中應(yīng)制訂專項(xiàng)施工方案，嚴(yán)格控制安裝誤差。為保證下支墩預(yù)埋鋼板的準(zhǔn)確就位，安裝前應(yīng)先建立隔震支座安裝平面控制網(wǎng)，采用兩臺經(jīng)緯儀雙向通視，精確定位。預(yù)埋鋼板的安裝標(biāo)高采用高精度水準(zhǔn)儀控制，一定要進(jìn)行互測、復(fù)測、交接測。安裝隔震墊時(shí)一定做好外露連接螺栓的保護(hù)工作，嚴(yán)格控制扭力扳手的力矩，使螺栓擰緊到達(dá)設(shè)計(jì)指標(biāo)。

3）做好專項(xiàng)驗(yàn)收工作：隔震墊施工完成后，在上部結(jié)構(gòu)施工前工程的項(xiàng)目總監(jiān)要請建設(shè)、設(shè)計(jì)、技術(shù)支持、質(zhì)檢、產(chǎn)品供貨等單位組織專項(xiàng)隱蔽工程驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工。

4）做好長期觀測記錄：上部結(jié)構(gòu)施工階段應(yīng)精確測量隔震墊的沉降變形，結(jié)構(gòu)每加載一層做一次變形觀測，工程竣工后每半年觀測一次，變形觀測應(yīng)委托有專項(xiàng)資質(zhì)的測量單位，以確保觀測精度。

5）建筑使用過程中的保養(yǎng)和維護(hù)：工程竣工后隔震層部件應(yīng)與周圍建筑物完全脫開，隔震層的縫隙采用柔性材料封堵，并做好橡膠支座的防火、防水維護(hù)。

4 結(jié) 語

保證隔震建筑的工程質(zhì)量，科學(xué)認(rèn)知是基礎(chǔ)，準(zhǔn)確把握概念是關(guān)鍵，建立設(shè)計(jì)咨詢制度，逐步培育本地區(qū)專業(yè)化施工隊(duì)伍是保障。

[1]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010

[2]《建筑隔震橡膠支座》JG118-2000

[3]《疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程》CECS126-2001

[4]《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于房屋建筑工程推廣應(yīng)用減隔震技術(shù)的若干意見（暫行）》（建質(zhì)[2014]25號）

[5]曲哲，葉列平. 建筑高層的隔震原理與技術(shù)[J]，工程抗震與加固改造，2009（05）:35。