減隔震技術(shù)的發(fā)展及在學(xué)校建筑中的應(yīng)用

楊志榮

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)承載著建筑本身及其他相配套設(shè)施的重量，我國國土面積廣博，西北、西南等地地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，因此對于建筑本身而言，其隔振、減振以及對振動的控制水平直接關(guān)系到建筑用戶的人身及財產(chǎn)安全。學(xué)校建筑作為國家重要的人才培養(yǎng)場所，必須加強建筑減隔震設(shè)計，確保建筑質(zhì)量，為學(xué)生提供安全的成長和學(xué)習(xí)環(huán)境。文章主要對減隔震技術(shù)的發(fā)展進行初步分析，并在此基礎(chǔ)上深入探索減隔震技術(shù)在學(xué)校建筑中的應(yīng)用路徑。

關(guān)鍵詞：減震；隔震技術(shù)；發(fā)展；學(xué)校建筑；應(yīng)用

中圖分類號：TU352 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）19-0181-02

Abstract： The building structure carries the weight of the building itself and other supporting facilities. China has a vast land area， and geological disasters occur frequently in the northwest and southwest regions. Therefore， for the building itself， its vibration isolation， vibration reduction， and vibration control level It is directly related to the personal and property safety of construction users. School construction， as an important talent training place in the country， must strengthen the design of building seismic isolation， ensure the construction quality， and provide students with a safe growth and learning environment. This paper mainly analyzes the development of seismic isolation technology， and further explores the application path of seismic isolation technology in school buildings.

Keywords： shock absorption； seismic isolation technology； development； school building； application

前言

當(dāng)前面對地震我們?nèi)匀皇譄o策，無法準(zhǔn)確預(yù)測地震及震級的發(fā)生情況，為了提高建筑使用安全，盡最大限度地減少生命財產(chǎn)損失，必須采用減隔震技術(shù)對建筑物進行加固，提高建筑物本身的抗震能力[1]。減隔震技術(shù)的主要原理是期望建筑物主體結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷地震時，能夠盡快與可能引發(fā)建筑物結(jié)構(gòu)破壞的地面運動相分離，延長結(jié)構(gòu)坍塌周期，避開地震卓越周期，減少地震導(dǎo)入建筑物主體結(jié)構(gòu)中的能量，達到降低地震損失的目的[2]。為了更好地探討減隔震技術(shù)的發(fā)展及在學(xué)校建筑中的應(yīng)用路徑，現(xiàn)作出下述研究。

1 減隔震技術(shù)的發(fā)展

減隔震技術(shù)能夠有效增加建筑結(jié)構(gòu)的柔性，延長結(jié)構(gòu)自振周期，減少地震產(chǎn)生的建筑結(jié)構(gòu)地震效應(yīng)，同時可有效增加建筑物結(jié)構(gòu)的能量耗散或阻尼，從而減小結(jié)構(gòu)自振周期延長所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)位移[3]。另外安裝減隔震裝置可有效提高建筑物的剛度和強度，促使建筑物結(jié)構(gòu)在極限狀態(tài)下的制動力、風(fēng)荷載等水平力得到足夠支承。美國學(xué)者在1971年加利福尼亞圣費爾南多地震后，對地震產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)效應(yīng)進行了系統(tǒng)性研究，研究出了隨機振動分析、時程分析、反應(yīng)譜法等系列地震響應(yīng)設(shè)計和計算方法，并在此基礎(chǔ)上修訂了建筑物、橋梁等的抗震規(guī)范[4]。日本作為一個地震頻發(fā)的國家，大部分國土均位于高烈度地震區(qū)，日本在經(jīng)歷阪神、新瀉地震后，結(jié)合兩次地震災(zāi)害情況，修訂了全新的地震設(shè)計規(guī)范，同時提出了直下型地震概念，并將建隔震設(shè)計提升至了法律層次，采用了大量的粘滯流體阻尼器和前行額針橡膠支座對橋梁、建筑物等實行了減隔震設(shè)計。根據(jù)國外減隔震及時應(yīng)用情況來看，日本在阪神1995年的大地震中，采用鉛芯橡膠支座建筑物的抗震性能良好；土耳其在經(jīng)歷地震后對一些重要的基礎(chǔ)設(shè)施項目進行了支座更換、局部構(gòu)造改建等減隔震設(shè)計，提高了建筑物整體抗震性能。中國自唐山大地震后也開始積極制定相應(yīng)的抗震設(shè)計規(guī)范，包括《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50011-2010、《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》GB50 223-2008等，為建筑物減抗震設(shè)計提供了重要參照[5]。下面本文通過結(jié)合實例，對減隔震技術(shù)在學(xué)校建筑中的應(yīng)用路徑進行了探索。

2 減隔震技術(shù)在學(xué)校建筑中的應(yīng)用

2.1 工程概況

我國云南省滇西某學(xué)校擬于北郊臨山坡處建設(shè)校舍，建筑物主要包括綜合教學(xué)樓、宿舍綜合樓、食堂、教學(xué)輔助用房，綜合教學(xué)樓包括四層和五層兩部份結(jié)構(gòu)，同時在交界處設(shè)置有單層門廳。教學(xué)樓包括一、二兩個結(jié)構(gòu)單元。一區(qū)地上共計5層，局部6層，1層層高4.50m，2～4層高度3.90m，5層高度5.40m；二區(qū)地上共計4層，1層高度4.50m，2～4層高度3.90m，樓層結(jié)構(gòu)均屬于現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

2.2 抗震方案

本學(xué)校建筑工程抗震類別屬于乙類，根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》中的要求，需按照本區(qū)域抗震設(shè)防烈度8度的標(biāo)準(zhǔn)加強抗震措施，地震分組為第3組，地震基本加速度0.3g，地震水平影響系數(shù)的極限最大值max=0.16。項目采取建筑隔震設(shè)計方案，利用減隔震技術(shù)，按照水平地震影響系數(shù)max=0.08進行計算，結(jié)構(gòu)計算根據(jù)設(shè)防烈度降1度標(biāo)準(zhǔn)確認框架抗震等級，表示隔震層上方框架抗震等級設(shè)為2級，軸壓比按照設(shè)防烈度進行控制。結(jié)合結(jié)構(gòu)立面、平面不規(guī)則特定，采用下述措施進行減隔震設(shè)計：（1）通過建筑結(jié)構(gòu)各區(qū)域受力分布變化情況，結(jié)合最大層間位移分布特征，進行受力特征不利因素判斷，采用相應(yīng)的加強措施，考慮采用平扭耦聯(lián)進行扭轉(zhuǎn)效應(yīng)計算，將偶然偏心、雙向水平地震因素納入計算范圍內(nèi)；（2）控制結(jié)構(gòu)在預(yù)設(shè)水平力作用下，且樓層位移比<1.5；（3）控制本層側(cè)移剛度≥相鄰上層的70%，或是≥相鄰3個樓層側(cè)向平均剛度值的80%；（4）樓層電梯間洞口四周板厚加厚，同時配筋雙層雙向，提高樓板配筋率。

2.3 教學(xué)樓構(gòu)造分析

綜合扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)期間的振動周期、水平軸和縱軸各方向的扭轉(zhuǎn)系數(shù)、平動系數(shù)計算結(jié)果當(dāng)中柱的軸壓比，保證其均小于0.65，符合《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中的預(yù)設(shè)要求，樓層結(jié)構(gòu)具有良好延性。梁、柱無超限現(xiàn)象，且各項計算指標(biāo)均滿足抗震規(guī)范要求。建筑物主體結(jié)構(gòu)對風(fēng)載和地震作用的相應(yīng)反應(yīng)在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)自振位移、周期和地震力均在規(guī)范限制范圍內(nèi)和正常取值范圍內(nèi)，該項目結(jié)構(gòu)體系整體設(shè)計較為合理，抗震措施有效。

2.4 減隔震設(shè)計

綜合建筑結(jié)構(gòu)抗震和功能需要，設(shè)置隔震支座在樓板±0.00m下方-1.6m和1m處，預(yù)設(shè)隔震層高度1.6m和1m。隔震層下方，及下支墩下方設(shè)置基礎(chǔ)承臺和基梁。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計確保隔震支座水平剛度遠低于上層建筑結(jié)構(gòu)水平剛度和隔震層下方結(jié)構(gòu)水平剛度，隔震支座上方砼隔震支墩和梁板的水平剛度遠高于上層建筑結(jié)構(gòu)的水平剛度，同時控制隔震層下方負責(zé)直接支承隔震層上方建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，保證整體設(shè)計符合嵌固剛度比與隔震設(shè)防地震預(yù)設(shè)承載力的要求，按照罕遇地震要求進行抗剪承載力計算。為了確保計算模型的準(zhǔn)確性，在進行設(shè)計前需要進行計算模型驗證，將驗算結(jié)果與PKPM（Satwe）模型結(jié)果相比較。隔震支座參數(shù)結(jié)合廠家實驗數(shù)據(jù)確認，確定一區(qū)隔震后的水平地震影響系數(shù)的最大值max為0.058，二區(qū)隔震后的水平地震影響系數(shù)最大值max為0.04，上部分建筑結(jié)構(gòu)計算的水平地震影響系數(shù)均值為0.08?？紤]到一區(qū)與二區(qū)的隔震無法完全隔絕豎向地震，隔震層上方的構(gòu)造必須進行相應(yīng)的豎向地震作用計算，按照隔震層上方構(gòu)造抗震措施降1度進行設(shè)計，考慮綜合水平地震影響系數(shù)0.08，罕遇地震時需要考慮豎向與水平地震過程中的同時作用，在此采取時程分析法進行隔震層位移計算，復(fù)核結(jié)果顯示，隔震支座拉應(yīng)力<1.0MPa。一區(qū)隔震支座位移最大值142mm；二區(qū)隔震支座位移最大值130mm，均符合預(yù)設(shè)抗震規(guī)范要求，隔震結(jié)構(gòu)與非隔震建筑間的縫寬300.00mm，同各鎮(zhèn)建筑之間的縫寬600.00mm，滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中的要求，且部分支座的拉應(yīng)力較小。

2.5 抗震評估

運用時程分析法，按照建筑物預(yù)設(shè)地震分組和場地類別進行強震記錄和加速度人工模擬操作，根據(jù)時程平均反應(yīng)譜結(jié)果，發(fā)現(xiàn)其與規(guī)范反應(yīng)譜相接近，表明教學(xué)樓建筑項目的減隔震設(shè)計符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)束語

綜上所述，地震是常見自然災(zāi)害類型之一，嚴重威脅人們的生命和財產(chǎn)安全，為了提高學(xué)校建筑建設(shè)質(zhì)量，必須加強減隔震技術(shù)在學(xué)校建筑中的應(yīng)用，根據(jù)抗震相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)進行減隔震設(shè)計，提高學(xué)校建筑使用安全性。

參考文獻：

[1]王旭.論減隔震技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)：引文版，2017（1）：59.

[2]王志恒，商懷帥，魏磊，等.振動控制及減隔震技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu)，2017（s1）：625-628.

[3]楊顯麗.隔震技術(shù)在學(xué)校建筑的設(shè)計應(yīng)用[J].城市建筑，2015（27）：57.

[4]徐曉良.淺議學(xué)校建筑應(yīng)用隔震技術(shù)的前期工作[J].福建建筑，2013（5）：48-50.

[5]張波.建筑結(jié)構(gòu)減隔震技術(shù)應(yīng)用實踐微探[J].環(huán)球市場信息導(dǎo)報，2017（27）：118.

[6]陳翔.淺析減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實踐應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（05）：224.

[7]李軍.淺談橋梁抗震設(shè)計要點及減隔震技術(shù)的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（05）：226.