談層間隔震在加層建筑中的應(yīng)用

劉 芳

(中核新能核工業(yè)工程有限責(zé)任公司，山西 太原 030012)

談層間隔震在加層建筑中的應(yīng)用

劉 芳

(中核新能核工業(yè)工程有限責(zé)任公司，山西 太原 030012)

介紹了層間隔震在加層建筑的作用及意義，主要從安全性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性三方面闡述了加層隔震結(jié)構(gòu)具有的優(yōu)勢(shì)，最后對(duì)加層隔震技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，為建筑抗震設(shè)計(jì)的研究奠定了基礎(chǔ)。

加層，層間隔震，基礎(chǔ)隔震

1 概述

我國(guó)是一個(gè)地震多發(fā)國(guó)家，在建筑結(jié)構(gòu)抗震研究方面做了大量工作，人們對(duì)地震破壞機(jī)制的研究、抗震設(shè)計(jì)理論的應(yīng)用日趨成熟。20世紀(jì)后期，工程界出現(xiàn)了一種新的抵抗地震技術(shù)即隔震，該技術(shù)與傳統(tǒng)抗震方法有很大的不同，它通過(guò)設(shè)置隔震裝置來(lái)吸收和消耗輸入的地震能量以減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，對(duì)地震由“抗”變“導(dǎo)”，是一種積極主動(dòng)的減震方法。人們對(duì)基礎(chǔ)隔震技術(shù)的研究已經(jīng)形成一套完整的理論并在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用，層間隔震是在基礎(chǔ)隔震的工程實(shí)踐中發(fā)展起來(lái)的一種新型隔震形式，在舊建筑物加層改造中應(yīng)用較多，拓寬了隔震技術(shù)應(yīng)用范圍。層間隔震技術(shù)是將隔震裝置設(shè)置在建筑物某層柱子和樓板之間進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)控制，可以解決基礎(chǔ)隔震的某些缺陷，如近海建筑海水漲潮對(duì)橡膠隔震支座的侵蝕[1，2]。祁皚[4]對(duì)層間隔震結(jié)構(gòu)的適用范圍、優(yōu)點(diǎn)以及其在實(shí)際工程中的應(yīng)用情況進(jìn)行了綜述[4]。

層間隔震在加層建筑中的應(yīng)用：1)對(duì)于建筑基底和柱承載力有較大的富余時(shí)，當(dāng)給舊的建筑物加層的時(shí)候可以在舊建筑物頂部增加隔震設(shè)計(jì)。這種做法不僅增強(qiáng)了建筑物的減震效果，同時(shí)簡(jiǎn)單方便，很容易實(shí)施。2)對(duì)于上下結(jié)構(gòu)不同的建筑物使用普通的基礎(chǔ)隔震在建筑物發(fā)生變化的樓層在地震的作用下很容易遭到破壞，這時(shí)候就可以使用層間隔震框架結(jié)構(gòu)在發(fā)生變化的樓層部位設(shè)置隔震層。有效地加固了建筑，降低地震時(shí)發(fā)生的損壞。國(guó)內(nèi)已建成了一定數(shù)量的層間隔震建筑，如北京的通惠家園小區(qū)，廣州地震監(jiān)測(cè)中心樓等[5]。

2 研究加層隔震技術(shù)的意義

加層隔震結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)勢(shì)：

1)安全性：我國(guó)有170多個(gè)城市的抗震設(shè)防烈度位于7度以上，20世紀(jì)70年代以前的房屋限于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和對(duì)城市發(fā)展速度的估計(jì)不足，新建樓房大都是低層的且未考慮抗震設(shè)計(jì)，因此可將加層改造與抗震設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，既解決了城市對(duì)房屋住房面積需求的問(wèn)題，又增強(qiáng)了房屋的安全性，獲得事半功倍的效果。

隔震可以明顯減輕結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)只有傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)的1/2～1/8，相應(yīng)結(jié)構(gòu)的安全性提高2倍～8倍。隔震結(jié)構(gòu)遭遇罕遇地震時(shí),隔震支座上部結(jié)構(gòu)仍能處于正常的彈性工作狀態(tài)。這對(duì)于一般民用建筑結(jié)構(gòu)可以確保人們?cè)趶?qiáng)地震中的安全；對(duì)某些重要構(gòu)筑物、生命線工程、內(nèi)部有重要設(shè)備的建筑物等,確保其在強(qiáng)地震中正常使用[7]。設(shè)置隔震支座可以使建筑在發(fā)生強(qiáng)烈地震時(shí)從強(qiáng)烈的擺動(dòng)變?yōu)橄鄬?duì)平緩的平動(dòng)，從而達(dá)到有效降低建筑物內(nèi)部物品地震時(shí)的移動(dòng)、翻倒、摔碎概率的目的，減少了火災(zāi)等次生災(zāi)害的發(fā)生。這對(duì)于存有文物、精密儀器、有毒氣體、放射性物質(zhì)等物品的博物館、科技館、軍工廠、化工廠、核工業(yè)在地震時(shí)的安全性至關(guān)重要。

2)經(jīng)濟(jì)性：進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)隨著城市化進(jìn)程加快，土地供應(yīng)緊張，地價(jià)日漸飛漲，如何利用緊缺的土地資源，解決土地供求矛盾，保護(hù)我們賴以生存的耕地，實(shí)現(xiàn)土地更大化的綜合利用已經(jīng)成為我國(guó)建筑領(lǐng)域關(guān)注的問(wèn)題之一。一種不用新占土地、避免舊樓大拆大建造成的資源浪費(fèi)、建筑垃圾、環(huán)境污染及拆遷的“抗震低層樓房加層結(jié)構(gòu)”技術(shù)已漸漸步入建筑領(lǐng)域，破解了以往推倒再建的改造模式，引領(lǐng)舊樓改造的新亮點(diǎn)。

舊房加層改造,可充分利用地基在原建筑物長(zhǎng)期荷載作用下承載力的增長(zhǎng)值,通常不需處理或略加處理直接進(jìn)行舊房加層改造,其經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。根據(jù)工程實(shí)踐,新增建部分的造價(jià)比拆除重建可節(jié)省資金30%～60%，比大拆大建縮短工期30%～50%。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略的深化和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)建筑安全性的要求逐步提高，傳統(tǒng)的直接加層并不能減輕結(jié)構(gòu)在地震下的反應(yīng)，而采用加層隔震能很好控制結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，隔震對(duì)房屋造價(jià)提高不明顯，隔震支座阻斷了地震力的直接傳遞，大幅度降低其上部結(jié)構(gòu)承受的地震力,可以減小上部結(jié)構(gòu)截面，節(jié)省材料。雖然隔震支座要使預(yù)算增加約5%,但對(duì)工程總造價(jià)提高不明顯,在高烈度區(qū)(8度，9度區(qū))還能節(jié)省工程造價(jià)(見(jiàn)表1)。

3)靈活性：經(jīng)加層與改造,可重新進(jìn)行建筑平面及立面調(diào)整、適當(dāng)裝修,改善房屋的使用功能,使舊房煥然一新，既保持了原建筑的特色和風(fēng)貌，又美化了城市市容。由于不用搬遷不拆除原建筑,可盡量做到在不停止原有建筑使用的條件下進(jìn)行施工,不誤生產(chǎn)、教學(xué)與工作。

表1 隔震結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

3 展望

我國(guó)在基礎(chǔ)隔震研究方面取得了較大的研究成果，在工程領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用，新版抗震規(guī)范已經(jīng)包含了隔震設(shè)計(jì)內(nèi)容。層間隔震相對(duì)基礎(chǔ)隔震，起步較晚，目前還處于初級(jí)階段，尚處于不斷發(fā)展和完善之中。在工程中已經(jīng)有了應(yīng)用，但是還沒(méi)有大面積推廣。還有諸多問(wèn)題有待進(jìn)一步研究和解決，仍需在以下幾個(gè)方面進(jìn)一步加強(qiáng)研究和開(kāi)發(fā)：1)層間隔震施工工藝的制定；2)層間隔震建筑多向地震響應(yīng)分析；3)剪力墻結(jié)構(gòu)加層隔震設(shè)計(jì)；4)隔震結(jié)構(gòu)混合控制研究；5)高層建筑層間隔震的抗風(fēng)設(shè)計(jì)；6)大高寬比隔震結(jié)構(gòu)性能研究和設(shè)計(jì)方法。

[1] 蘇經(jīng)宇，曾德民，田 杰.隔震建筑概論[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2012.

[2] 徐忠根,胡敏茵,周福霖.房屋建筑中間層隔震研究[J].工程抗震與加固改造，2004(5)：23-28.

[3] 謝軍龍,周福霖.多層房屋結(jié)構(gòu)TMD“加層減震”試驗(yàn)研究和應(yīng)用[J].世界地震工程,1998,14(4):57-60.

[4] 祁 皚.層間隔震技術(shù)評(píng)述[J].地震工程與工程振動(dòng),2004,24(6):114-120.

[5] 周福霖，張 穎，譚 平.層間隔震體系的理論研究[J].土木工程學(xué)報(bào),2009(7)：22-23.

[6] 董 有,鞠樹(shù)森.既有建筑砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)加層技術(shù)淺析[J].中國(guó)勘察設(shè)計(jì),2012(3):19-23.

[7] 蘇經(jīng)宇,曾德民.我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].地震工程與工程振動(dòng),2001,21(4):77-80.

[8] 譚 平,周福霖.隔震技術(shù)的研究與工程應(yīng)用[J].施工技術(shù),2008,37(10):55-57.

[9] 許航莉，祁 皚，范宏偉.鋼筋混凝土框架加層隔震設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用研究[J].工程抗震與加固改造，2010，32(2):7-10.

[10] 奉 鵬.層間隔震框架結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)動(dòng)力分析[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)，2010.

On the story isolation applications in adding-story architecture

Liu Fang

(CNNCXinnengNuclearEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030012,China)

The paper introduces the role and meaning of story isolation in adding-story building, describes advantages of adding-story structure from three aspects of safety, economy and flexibility, and finally makes a prospect for the development trend of adding-story isolating technology, which has laid a foundation for studying building seismic-resisting design.

adding-story, story isolation, foundation isolation

2015-06-13

劉 芳(1986- )，男，碩士，助理工程師

1009-6825(2015)25-0054-02

TU352.12

A