保证隔震建筑工程质量的措施研究

李贵文（甘肃建筑职业技术学院，甘肃 兰州 730050）

中国是地震多发国家之一，主要分布在台湾、西南、西北、华北、东南沿海地区和23条地震带上。地震灾害不断发生，造成大量的人员伤亡以及房屋、桥梁等建筑物的破坏或倒塌。尤其是大地震，更是一种突发性、毁灭性的自然灾害，能引起火灾、水灾、房屋倒塌、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散，还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害。近年来的四川汶川特大地震、青海玉树大地震、甘肃岷县-漳县大地震等灾害，更是引起了人们对建筑物在地震发生时工作性能的关注。如何保证在建筑物地震时的工作性能，成为我们要迫切解决的问题。建筑隔震是在建筑物和基础之间，设置一种特殊装置把建筑物和地面分开，隔离地震能量向建筑物传递，以此来消耗地震能量，避免或减少地震能量向上部传输，能够更有效地保障上部结构与内部人员、设备的安全，减轻地震灾害。和传统建筑相比，隔震建筑具有设计计算复杂、材料的性能差异大、施工技术复杂、施工质量要求高的特点。如何有效保证隔震建筑的工程质量，是政府和社会共同急切研究的问题[1]。

1 大力推广隔震建筑是建设和谐社会的需求

和传统建筑相比，采用基础隔震技术的建筑，可适当降低上部结构设防水准（一般可降低一度），这样就可能使建筑布置更加灵活，并可减少一些结构的构造措施、结构构件的尺寸或配筋，从而使上部结构能节约部分土建造价。对于中高烈度地区，采用基础隔震技术建造的建筑，可以突破现行抗震规范中对房屋层数和高度的限制，在保证高宽比的前提下可以提高一到两层，这样可以提高建筑物的容积率，节省建设用地，提高土地的利用率，带来广泛的经济效益和社会效益。隔震建筑上部结构的地震反应减少后，其抗震可靠度大大提高，建筑的设防目标一般可以提高一个设防等级。传统建筑的设防目标一般是“小震不坏，中震可修，大震不倒”，而合理设计的隔震建筑通常能做到“小震不坏，中震不坏或轻度破坏，大震不丧失使用功能”，其潜在的经济效益和社会效益十分可观。隔震建筑由于有一层柔性底层，能够将地震能量或反馈回地面或由隔震层吸收，因此，不但可以确保结构的整体安全，并且能够减小甚至防止非结构构件的破坏，避免发生建筑物的内部装修、室内设备的破坏以及由此引起的次生灾害，甚至可以保证建筑物在地震时正常使用功能，这对医院、学校、幼儿园、消防中心、防灾控制中心等生命线工程或其它如博物馆、计算中心等重要建筑物更具有特殊的重要意义。隔震建筑物提高的设防水准，保证了大震来临时建筑物的安全使用及人民群众的生命财产安全，对于大震来临时的抢险、指挥及稳定民心具有重大意义。

2 重视隔震建筑的结构概念设计

1）选择适宜的建设场地和地基基础：建设场地宜选择Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，并选用稳定性较好的基础类型。硬场地土比较适合隔震建筑，软弱场地滤掉了地震波中的高频分量，但对低频分量有放大效应，在这种场地条件下，延长隔震结构的周期反而会增大地震作用，使得隔震层位移过大。基础的不均匀沉降会导致上部结构作用的隔震支座的竖向荷载出现重新分布，造成部分支座的实际承载力超过设计值，对结构的整体稳定造成威胁，因此，隔震建筑应该有良好的地基。

2）隔震建筑的体型要求：采用隔震设计建筑的体型系数不应大于4，对于体形系数较大的建筑物在工程设计中要进行特别研究，要保证结构在小震作用下，隔震支座不能出现拉应力，要进行罕遇地震作用下整体抗倾覆验算，防止支座受压屈服或者出现超过1.0MPa的拉应力。

3）合理确定隔震层（隔震支座）的位置：对于有地下室的建筑，可将隔震层设置在地下室的柱顶、柱中、柱底均可；对于地下室层高较高的建筑，可在地下室单独设计一个隔震层。对于有人防要求的建筑，其隔震层应设在人防地下室的上面一层；大底盘多塔结构，考虑到大底盘可能用做车库或者商场，大底盘层柱距较大，为不影响大底盘层的使用功能，可将隔震层设置在大底盘层上面一层，即在上部结构与大底盘层之间，专门设置层高1.5m～2.0m的隔震层。

4）计算模型：隔震体系的计算简图应增加隔震支座及其顶部梁板所组成的质点，对于变形特征为剪切型的结构，可采用剪切模型，当隔震层以上结构的质量重心与隔震层刚度中心不重合时，应计入扭转效应的影响。

5）隔震层的整体刚度要求：为了保证隔震层能够整体协调工作，在隔震层顶部应设计平面刚度足够大的梁板系统，适当加大隔震层现浇楼板的厚度，适当增加该层梁板的配筋，对隔震支座附近的梁柱尤其要加强。

6）水平地震作用下隔震层的验算：根据隔震层力学参数，隔震层在小震时的等效刚度等效阻尼比，大震时的等效刚度、等效阻尼比，采用动力时程分析法，选用适合的计算模型和符合场地频谱特征的实际地震波及符合抗震规范反应谱要求的人工模拟地震波，分别对隔震和不隔震结构在多遇地震下和罕遇地震下的地震反应进行对比分析。

7）地震波的选取：采用时程分析法进行：计算时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线，其中实际强震记录的数量不应小于总数的2/3，多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型反应谱所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符，其加速度时程的最大值按照表1采用[2]。弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结构的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值与不应小于振型分解反应谱法计算结构的80%。

表1 时程分析所有地震加速度时程的最大值(cm/s2)

8）适度增加建筑物的自振周期：使用水平隔震支座会适当延长建筑物的结构周期，结构周期增大，地震作用下加速度的反应谱往往远小于隔震前，地震作用减小了。但是对于结构周期较长的高层建筑，隔震后周期改变不十分明显，仅用延长周期的原理进行隔震设计是有局限性的。

9）适度利用隔震层的滤波原理进行设计：水平地震波（横波）经过建筑物四周的隔震槽和侧向刚度较小的隔震层后，衰减为新的输入波形，隔震层上的结构层的地震响应可以认为是经过隔震层滤波后的新的输入波，采用这样的思路，在隔震结构电算时就要把原建筑按照“规范”选用的地震波改变为新的“人工波”，具体方法是先对隔震结构进行动力时程分析，得到隔震层顶面的绝对加速度时程，再以该加速度时程作用新的输入波进行波谱分析，得到的反应谱即是“滤波谱”。

10）水平地震作用计算：隔震层以上结构的地震作用计算应符合《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中第12.2.5条及第5章相关条款的规定。对于隔震后建筑的水平地震影响系数最大值的计算是隔震设计的核心参数。

11）水平风荷载作用：严格控制风荷载和其它非地震作用的水平荷载作用：风荷载和其它非地震作用的水平荷载作用水平力的标准值不应超过结构总重量的10%。否则同样会对结构的整体稳定造成威胁。

12）竖向地震作用计算：当设防烈度为9度和8度且水平向减震系数不大于0.30时，隔震层以上的结构应进行地震作用的计算，隔震层以上结构竖向地震作用标准值计算时，各层可视为质点，按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中（5.3.1-2）式计算竖向地震作用标准值沿高度的分布。特别注意竖向地震影响系数最大值的取值。

13）隔震支座的合理布置和支座的验算：依据《叠层橡胶支座隔震技术规程》CECS126-2001[4]，隔震层总受压力承载力设计值不应小于上部结构总重力代表值的1.10倍，每个隔震支座的受压承载力设计值应大于上部结构传递到隔震支座的重力代表值；需要考虑竖向地震作用时，上部结构传递到隔震支座的重力代表值，8度和9度时可分别取上部结构重力代表值的20%和40%；《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中12.2.3条则规定平均压应力设计值应按照永久荷载和可变荷载的组合计算，对需要验算倾覆的结构应包括水平地震效应组合，对需要进行竖向地震作用计算的结构，尚应包括竖向地震总有效应的组合。基于以上三种情况，在实际工程设计中，如何选取荷载组合就是问题的关键所在，设计人员必需清晰地把握哪些建筑需要进行倾覆验算，哪些建筑需要计算竖向地震。直接利用PKPM系列软件SATWE中的Nmax组合计算布置支座，就会出现支座数量多、支座直径大等浪费现象。轴力的选取目前没有相对比较成熟的软件，规范之间的不相一致问题也比较突出，需要专门的研究[5]。隔震支座的布置应使隔震层刚度中心和上部结构的质量重心重合，其规格、数量要依据竖向承载力、侧向刚度和阻尼的要求综合确定。橡胶隔震支座在重力荷载代表值的竖向压应力不应超过表2的规定。

表2 橡胶隔震支座压应力限值

14）做好设计咨询工作：大范围推广隔震建筑，无疑是对所有建筑设计单位的考验，目前我国设计市场中，不同设计资质的单位，设计水平相差甚远，对于高资质的大型设计院，可能也会出现人手不够的情况。为保证工程的设计质量，政府监管部门应制定“隔震建筑设计咨询”制度，聘请有丰富设计经验的专家参与工程设计的全过程，从工程的方案设计、初步设计、施工图设计和施工图审查，到工程施工、工程监理等全方位指导。

3 隔震建筑施工全过程质量控制

目前我国施工验收规范对隔震建筑的施工技术及其质量控制与管理要求缺乏指导，各参建单位对隔震房屋的施工要点普遍不太了解，施工过程中的质量控制显得尤为重要。

1）施工准备阶段的质量控制：首先技术人员在施工前应熟悉技术标准、施工图纸、图集、隔震分析报告等相关资料，准确理解设计意图，设计单位在图纸技术交底时要进行专项交底。要准确安装隔震元件并妥善保护成品，一般橡胶隔震支座的重量都比较大，在工程施工方案中要对机械的起重量、起重半径、起重高度进行认真复核，对安装使用吊索、钢丝绳、扭力扳手等工具均应满足要求。隔震垫安装应在承压板下部的混凝土浇筑振捣密实并具有不低于5N/mm2的强度时进行。隔震垫要和支座进行一对一的编号，防止安装错位。其次要做好隔震元件的进场验收：依据设计图纸检查隔震垫、预埋钢板、高强螺栓的型号、数量，查看并合理保管产品的出厂说明书、出厂检验报告、产品性能保证书，并对照其指标是否满足《叠层橡胶支座隔震技术规程》CECS126-2001和《建筑隔震橡胶支座》JG118-2000的参数要求[2]，并将以上资料的复印件转交给结构设计单位或者技术支持单位。最后要检查隔震垫、预埋钢板、高强螺栓外观质量，是否存在生锈、变形、变色、损伤、龟裂等缺陷，检查排气孔、浇筑孔的位置和尺寸的允许偏差。

2）施工过程中质量控制：上下支墩是安装隔震支座的关键位置，上下支墩中钢筋种类多、规格多、钢筋密集，要在施工前进行模拟安装，优选可靠的安装顺序，施工时严格按照既定顺序控制安装，调整好混凝土的浇筑位置，杜绝仅用细骨料浇筑而影响混凝土后期强度。准确可靠固定预埋螺栓的位置是支座安装的关键，施工组织设计中应制订专项施工方案，严格控制安装误差。为保证下支墩预埋钢板的准确就位，安装前应先建立隔震支座安装平面控制网，采用两台经纬仪双向通视，精确定位。预埋钢板的安装标高采用高精度水准仪控制，一定要进行互测、复测、交接测。安装隔震垫时一定做好外露连接螺栓的保护工作，严格控制扭力扳手的力矩，使螺栓拧紧到达设计指标。

3）做好专项验收工作：隔震垫施工完成后，在上部结构施工前工程的项目总监要请建设、设计、技术支持、质检、产品供货等单位组织专项隐蔽工程验收，验收合格后方可进行上部结构施工。

4）做好长期观测记录：上部结构施工阶段应精确测量隔震垫的沉降变形，结构每加载一层做一次变形观测，工程竣工后每半年观测一次，变形观测应委托有专项资质的测量单位，以确保观测精度。

5）建筑使用过程中的保养和维护：工程竣工后隔震层部件应与周围建筑物完全脱开，隔震层的缝隙采用柔性材料封堵，并做好橡胶支座的防火、防水维护。

4 结 语

保证隔震建筑的工程质量，科学认知是基础，准确把握概念是关键，建立设计咨询制度，逐步培育本地区专业化施工队伍是保障。

[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

[2]《建筑隔震橡胶支座》JG118-2000

[3]《叠层橡胶支座隔震技术规程》CECS126-2001

[4]《住房城乡建设部关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的若干意见（暂行）》（建质[2014]25号）

[5]曲哲，叶列平. 建筑高层的隔震原理与技术[J]，工程抗震与加固改造，2009（05）:35。