新式建筑隔震溝構(gòu)造做法的設(shè)計(jì)研究

李 昊，李盛堯，李相龍

(1.昆明理工大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051；2.昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南 昆明 650032)

0 引 言

隨著《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51408—2021的實(shí)施，如云南這類高烈度區(qū)重點(diǎn)設(shè)防類建筑(如：學(xué)校、醫(yī)院等)，采用隔震設(shè)計(jì)更符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性的要求。

采用隔震設(shè)計(jì)的建筑，與其他建筑最大的區(qū)別在于，其需要設(shè)置1層隔震層，用于安裝隔震橡膠墊。隔震層可根據(jù)使用需要與地下室合并設(shè)置，或者單獨(dú)設(shè)置。

隔震的原理是橡膠墊以上的結(jié)構(gòu)與橡膠墊以下的結(jié)構(gòu)，通過橡膠墊進(jìn)行隔絕，屬于完全分開的2部分。橡膠墊以下的部分與地基基礎(chǔ)形成一體，嵌固在土壤內(nèi)，屬于固定端。當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，由大地傳遞給基礎(chǔ)的地震作用，由于橡膠墊的柔性緩沖，不會(huì)剛性地傳遞給墊上結(jié)構(gòu)。此時(shí)，墊上結(jié)構(gòu)與墊下結(jié)構(gòu)之間由于柔性橡膠墊的存在，會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，地震作用對(duì)墊上結(jié)構(gòu)的影響將大大減小，從而最大程度的減小地震作用破壞墊上結(jié)構(gòu)。

由于隔震建筑的構(gòu)造特點(diǎn)，造成墊下結(jié)構(gòu)擋土墻與墊上結(jié)構(gòu)之間會(huì)形成一圈環(huán)繞建筑四周的隔震溝。而隔震溝位置的建筑構(gòu)造做法往往是建筑設(shè)計(jì)時(shí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1 常用隔震溝構(gòu)造及問題

1.1 常用隔震溝做法

隔震構(gòu)造圖集中，常用的隔震溝標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造有4種類型，見圖1-4。隔震溝的擋土墻外側(cè)往往緊貼的是環(huán)繞建筑四周的雨水溝。隔震溝蓋板與擋土墻間的水平縫，與雨水溝內(nèi)側(cè)關(guān)聯(lián)。由于雨水溝很大程度上阻止了室外水流向隔震溝蓋板下的水平縫。只需在水平縫內(nèi)填塞一定的柔性防水材料，即可阻止室外水浸入隔震層。從而解決了隔震層漏水的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 隔震溝構(gòu)造做法的技術(shù)難點(diǎn)

隔震溝構(gòu)造在建筑設(shè)計(jì)中，最大的難點(diǎn)在于溝蓋板與擋土墻間水平縫的防水做法。常用做法中，除圖4所示做法外，都對(duì)水平縫的防水做了2道保障措施：①隔震溝外側(cè)的雨水溝溝頂標(biāo)高高于室外地坪，這樣做能保證突發(fā)大雨，地面徑流量較大時(shí)，不會(huì)瞬間將雨水溝淹沒，造成雨水溝漫溝，使得地面水直接涌向隔震溝蓋板下的水平縫；②雨水溝本身。一般情況下，只要雨水溝保持通暢，雨水溝的溝深足夠容納經(jīng)過雨水篦子匯入雨水溝的室外水，不會(huì)出現(xiàn)漫溝的情況，也就保證了隔震溝蓋板水平縫不直接接受外部水壓的情況。

圖1 隔震溝構(gòu)造1

圖2 隔震溝構(gòu)造2

圖3 隔震溝構(gòu)造3

圖4 隔震溝構(gòu)造4

有一種情況是：為保證建筑方案的呈現(xiàn)效果，建筑設(shè)計(jì)時(shí)要求建筑結(jié)構(gòu)外側(cè)的地面與室外地坪間不再設(shè)置高差。這時(shí)，隔震溝的構(gòu)造形式將能采用圖4所示的情況。該構(gòu)造與其他構(gòu)造最大的區(qū)別在于，隔震溝蓋板與雨水溝蓋板在同一個(gè)平面內(nèi)，且只有雨水溝一道防水保護(hù)措施。雨水溝蓋板兩端均可活動(dòng)，一端設(shè)有斜口，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，隔震溝蓋板會(huì)將可活動(dòng)的雨水溝蓋板頂開，雨水溝蓋板會(huì)沿斜口往上爬升，最終掉入雨水溝內(nèi)，不再對(duì)影響隔震溝蓋板的水平活動(dòng)。

1.3 常用做法存在的問題

一般來(lái)說，圖集提供的4類常用做法，基本能滿足90 %的設(shè)計(jì)工況。但每種構(gòu)造做法的使用工況都相對(duì)較為單一，且具有一定的局限性。對(duì)隔震溝防水保證率較高的前3類做法，很好的解決了實(shí)用性的訴求。但由于隔震溝蓋板與室外地坪之間的高差，造成建筑結(jié)構(gòu)外側(cè)地面與室外地坪間存在一個(gè)不可消滅的坎。當(dāng)建筑外觀有控制有訴求時(shí)，這3類隔震溝將無(wú)法適配。

對(duì)于第四類隔震溝做法，雖然其防水保證措施只有1道。但其對(duì)于建筑外觀有控制訴求的建筑適配性極好，深受廣大設(shè)計(jì)者青睞。在絕大多數(shù)的公建設(shè)計(jì)中，構(gòu)造4的使用效率是最高的。然而此類隔震溝做法有一個(gè)最大的弱點(diǎn)。其工作原理造成，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，雨水溝蓋板會(huì)掉落，在建筑室外形成1個(gè)明溝。這直接造成該做法不能作為建筑出入口處的隔震構(gòu)造措施。

在很多已實(shí)施的隔震項(xiàng)目中，為了美觀，建筑師大多數(shù)采用第四類隔震溝的形式，而為了保證出入口的安全，隨處可見的處理辦法是在出入口的位置，在隔震溝蓋板及雨水溝蓋板上蓋1塊面積足夠大的鋼板，見圖5，以保證出入口地面的通暢性。

圖5 出入口蓋板示意圖

雖然加蓋的鋼蓋板非常有效的解決了構(gòu)造4用于建筑出入口時(shí)的問題，但仍然存在防滑性能差、易生銹及整體美觀性不理想等各方面的不足需要解決。

2 新式隔震溝構(gòu)造做法研究

通過前文的分析，常用的4類隔震溝做法中，前3類構(gòu)造除應(yīng)用工況有局限以外，做法本身沒有技術(shù)缺陷。而第4類構(gòu)造，其本身具有一定的技術(shù)缺陷，而使用又較為廣泛。因此，嘗試修補(bǔ)其技術(shù)缺陷頗有意義。接下來(lái)筆者將就隔震溝構(gòu)造做法4的技術(shù)缺陷進(jìn)行分析，并嘗試找到合適的解決方案。

2.1 主要問題分析

前文所述，修復(fù)隔震溝構(gòu)造4技術(shù)缺陷的關(guān)鍵在于，如何保證雨水溝的蓋板在被隔震溝蓋板擠壓時(shí)不傾覆墜落。

通過分析圖4可以看出：要保證雨水溝蓋板不墜落，那么雨水溝蓋板不能設(shè)計(jì)成兩端自由，靠重力放置在溝壁上的形式。而是要設(shè)計(jì)成一端與溝壁可靠連接。另一端可自由滑動(dòng)的形式。這樣，當(dāng)滑動(dòng)端臨空時(shí)，亦能保證其不墜落。

2.2 解決方案

基于以上分析，除了解決墜落問題外，還需要保證雨水溝蓋板是可以打開，以便于檢修雨水溝。令人欣慰的是，在設(shè)計(jì)中，只需將構(gòu)造4稍作改進(jìn)，即可達(dá)到修復(fù)技術(shù)缺陷的效果。

(1)將構(gòu)造4位于雨水溝外側(cè)壁頂部的斜口改到內(nèi)側(cè)壁頂部。將隔震溝頂板與雨水溝蓋板設(shè)置成互為斜口的形式。

(2)將雨水溝外側(cè)壁頂部加寬，保證足夠的支承寬度。

(3)在雨水溝外側(cè)設(shè)置1個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的鉸支座，支座與雨水溝蓋板可靠連接，保證溝蓋板能沿鉸支座旋轉(zhuǎn)。這樣設(shè)計(jì)，溝蓋板在地震時(shí)，會(huì)沿斜口被隔震溝蓋板頂起，相互之間進(jìn)行滑動(dòng)。同理，平時(shí)使用情況下亦能翻起對(duì)雨水溝進(jìn)行檢修。同時(shí)，由于足夠的支承寬度，保證溝蓋板在地震位移下，懸空時(shí)，不會(huì)下翻，落入排水溝，見圖6。

圖6 新式隔震溝構(gòu)造

該方案繼承了隔震溝構(gòu)造4的眾多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)彌補(bǔ)了其不能用于建筑出入口位置的技術(shù)缺陷。

3 新式隔震溝構(gòu)造做法的項(xiàng)目實(shí)踐

3.1 應(yīng)用中存在的問題

新式隔震溝構(gòu)造解決方案雖然補(bǔ)全了第4類隔震溝的技術(shù)缺陷，但在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在一些技術(shù)問題，需要解決和完善。

大多數(shù)情況下，建筑的室外地坪是有一系列的鋪裝飾面層的，新式隔震溝解決方案鉸接一端要求一定的空隙來(lái)保證蓋板整體的旋轉(zhuǎn)性能，同時(shí)，鉸支座由于結(jié)構(gòu)的問題，很難保證溝蓋板整體的平整性。因此，當(dāng)室外需要考慮鋪裝時(shí)，新式隔震溝解決方案的適應(yīng)下將大大降低。若能徹底解決與飾面層干涉的問題，則新式解決方案的普適性將不存在任何障礙。

3.2 解決方案的技術(shù)完善

要完善解決方案，首先需要對(duì)應(yīng)用中的矛盾點(diǎn)進(jìn)行分析。如圖6構(gòu)造所示，新式隔震溝構(gòu)造做法的設(shè)計(jì)原理是，讓隔震溝外側(cè)雨水溝蓋板一端固定，另一端可繞固定鉸支座旋轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)卣饡r(shí)，隔震溝蓋板做水平運(yùn)動(dòng)，而雨水溝蓋板做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。而當(dāng)蓋板上有飾面層時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)就成為了該構(gòu)造做法的矛盾點(diǎn)。因此，技術(shù)完善的核心應(yīng)著眼于是否能將轉(zhuǎn)動(dòng)變成平動(dòng)，這樣問題將迎刃而解。

通過分析不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)隔震溝蓋板與雨水溝蓋板處于同一平面時(shí)，當(dāng)兩蓋板相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須有一邊發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，才能避免構(gòu)造損壞。因此同平面的設(shè)計(jì)邏輯對(duì)于構(gòu)造做法的完善是不可行的，應(yīng)考慮將兩塊蓋板采用上下搭接的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)蓋板間的相對(duì)滑動(dòng)，這樣，解決方案的可實(shí)施性將得到解決。

3.3 構(gòu)造做法實(shí)踐

根據(jù)技術(shù)完善思路，結(jié)合4類常用隔震溝構(gòu)造做法的特點(diǎn)，將新式隔震溝構(gòu)造做法進(jìn)行調(diào)，將需要轉(zhuǎn)動(dòng)的蓋板變成一塊純地面裝飾的反翹蓋板，置于隔震溝蓋板上，在建筑出入口處，適當(dāng)優(yōu)化室外雨水溝的位置，預(yù)留出雨水溝蓋板的滑動(dòng)空間。將雨水溝蓋板從轉(zhuǎn)動(dòng)蓋板調(diào)整為由螺栓連接的一端固定且不能轉(zhuǎn)動(dòng)的可拆卸蓋板。雨水溝蓋板采用與室外飾面層一體制作的方式加工。安裝后與預(yù)制反翹蓋板表片平齊。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，反翹蓋板受擠壓時(shí)主動(dòng)上翹，且容易復(fù)位，見圖7。至此，新式隔震溝構(gòu)造做法在實(shí)踐應(yīng)用時(shí)存在的問題得到全部解決。

圖7 新式隔震溝構(gòu)造最終形態(tài)

4 結(jié) 語(yǔ)

該文通過對(duì)隔震構(gòu)造圖集提供的幾類常用隔震溝構(gòu)造做法，在實(shí)際應(yīng)用中存在問題的研究，提出了一種新式的隔震溝構(gòu)造做法，并已在實(shí)際工程項(xiàng)目中應(yīng)用，實(shí)用性和適應(yīng)性已得到驗(yàn)證。該做法繼承了常用做法的功能特點(diǎn)，同時(shí)具有普適性好、不影響建筑整體美觀等特點(diǎn)?？晒V大建筑設(shè)計(jì)工作者參考與借鑒。