概述疊層橡膠支座隔震技術(shù)在高烈度地區(qū)工程中的應(yīng)用

夏華娟，華 圣，邵佳鵬，郭久慈，張和倩，左 工

(宿遷學(xué)院 建筑工程學(xué)院,江蘇 宿遷 223800)

0 前 言

疊層橡膠支座隔震技術(shù)是在建筑物上層和基礎(chǔ)之間設(shè)置一種疊層橡膠支座，使得建筑物的上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)分開，從而改變整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和動(dòng)力作用，使得橡膠支座上部結(jié)構(gòu)的水平基本周期適當(dāng)?shù)难娱L；當(dāng)出現(xiàn)偶然荷載如地震發(fā)生時(shí)，建筑物的結(jié)構(gòu)體系因柔化來減弱地震強(qiáng)烈震波的傳遞，從而減少結(jié)構(gòu)的水平地震作用。目前工程上常用的疊層橡膠支座有標(biāo)準(zhǔn)橡膠支座、帶有鉛芯的橡膠支座、設(shè)置高阻尼橡膠支座等。

1 疊層橡膠支座構(gòu)造和適用范圍

疊層橡膠支座是由薄橡膠片和夾層薄鋼板等剛性材料相互交錯(cuò)分層疊合而成，并經(jīng)過特殊工藝將橡膠與鋼板牢固地粘結(jié)在一起。如圖1所示。由于夾層薄鋼板對(duì)橡膠層具有制約和約束作用，在豎向荷載的作用下二者一起共同承擔(dān)豎向荷載，使得整個(gè)疊層橡膠支座具有足夠的豎向承載力和剛度，當(dāng)隔震支座受水平地震作用時(shí)，橡膠層能提供相當(dāng)大的側(cè)向位移且不失穩(wěn)，二者相互制約使得整個(gè)疊層橡膠支座有效地消耗地震能量。

圖1 疊層橡膠支座內(nèi)部構(gòu)造示意圖

在實(shí)際過程中，絕大部分疊層橡膠墊中加入了附加的阻尼機(jī)構(gòu)材料，來限制支座底層發(fā)生過大的位移，以及阻止在風(fēng)及其他外界干擾影響下的晃動(dòng)；目前，這種阻尼機(jī)構(gòu)材料通常為鉛芯或高阻尼橡膠。

橡膠支座隔震技術(shù)適用于設(shè)防烈度6度以上地區(qū)的多高層房屋的抗震設(shè)計(jì)。6至9度地區(qū)的隔震房屋的抗震設(shè)計(jì)可按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 5001—2010)中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)防烈度大于9度的地區(qū)，作專門研究。《疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程》(CECS 126:2001)對(duì)橡膠支座隔震技術(shù)的設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)技術(shù)要求作出了配套的規(guī)定，大大促進(jìn)了其技術(shù)的發(fā)展。

2 疊層橡膠支座隔震技術(shù)在高烈度地區(qū)工程實(shí)踐

疊層橡膠支座隔震技術(shù)國內(nèi)外已有較多的成功使用案例，如日本在1982年、美國在1985年、我國在1993年分別第一次在地震高烈度區(qū)的房屋建筑上使用隔震房屋疊層橡膠支座。20世紀(jì)末，建筑學(xué)者認(rèn)真總結(jié)了國內(nèi)、外隔震技術(shù)的工程設(shè)計(jì)、施工、應(yīng)用等方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，疊層橡膠支座隔震技術(shù)在后來的20多年里得以迅速發(fā)展，成為土木工程結(jié)構(gòu)的前沿研究領(lǐng)域，數(shù)以萬計(jì)的建筑物成功使用這一技術(shù)并取得較為顯著的成果。

江蘇省宿遷市位于郯廬斷裂帶上，該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.30 g,設(shè)計(jì)地震第一組;建筑場地土為Ⅲ類，屬于地震高烈度區(qū)，地質(zhì)條件較為嚴(yán)峻。蘇豪銀座項(xiàng)目位于宿遷市中心城區(qū)，本工程由2層地下室、4層商業(yè)裙房和坐落在裙房之上的兩棟16層住宅塔樓組成，總建筑面積約 67 000 m2。裙房高度為23.6 m，建筑總高度為79.4 m。由于本工程所在地為地震高烈度區(qū)，若遵循常規(guī)抗震設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)截面過大、配筋過多、很不經(jīng)濟(jì)，且難以滿足現(xiàn)有規(guī)范的要求。為了盡可能滿足建筑使用功能的要求，本工程采用層間隔震設(shè)計(jì)，將隔震層設(shè)置于大底盤( 裙房屋面) 和上部塔樓之間，隔震層層高1.8 m。

層間疊層橡膠支座隔震技術(shù)在本工程的應(yīng)用，為高烈度地區(qū)體型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一種新的設(shè)計(jì)思路，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由不可行變?yōu)榭尚小娱g隔震設(shè)計(jì)不僅使上部結(jié)構(gòu)具有隔震建筑的優(yōu)越性能，而且使得包括裙房在內(nèi)的整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能顯著提高，見圖2～4。

圖2 疊層橡膠支座現(xiàn)場照片

圖3 疊層橡膠支座布置簡圖

圖4 層間隔震結(jié)構(gòu)水平位移

宿遷市文體綜合館位于宿遷市宿城區(qū)，該建筑采用平面呈橢圓形的空間鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、鋼網(wǎng)殼屋蓋體系(見圖5)，約13 000 m2；主體結(jié)構(gòu)縱向長80 m，橫向?qū)?2 m,最大高度23.6 m，結(jié)構(gòu)平面布置橫向?qū)ΨQ，縱向不對(duì)稱，結(jié)構(gòu)剛度和質(zhì)量不均勻分布。

圖5 文體綜合館建筑平面圖

為保證隔震效果以及方便維護(hù)、檢修，本工程利用設(shè)備管溝擴(kuò)大形成整體架空隔震層(見圖6)；隔震層上部為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，所有隔震支座、消能裝置均布置在其中；隔震層作設(shè)作設(shè)備層、儲(chǔ)藏用，亦有利于樓地面防潮。

圖6 文體綜合館隔震層布置圖

3 結(jié)束語

疊層橡膠支座隔震技術(shù)具有良好的豎向承載性能、變形性能、水平復(fù)位能力和耐久性，能夠很好地把基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)隔離開，使得地震能量不能傳遞到建筑，疊層橡膠支座隔震技術(shù)在宿遷地區(qū)工程中的應(yīng)用為高烈度地區(qū)體型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一種新的設(shè)計(jì)思路，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由不可行變?yōu)榭尚?。層間隔震設(shè)計(jì)不僅使上部結(jié)構(gòu)具有隔震建筑的優(yōu)越性能，而且使得包括裙房在內(nèi)的整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能顯著提高。

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