浅谈基础隔震技术在建筑结构设计中的应用

蓝志宇

【摘 要】通过基础隔震技术的采用，有效降低上部结构受到地震的影响，在保证了建筑物功能、安全和耐久性的基础上，还可以提高经济性。本文通过对隔振技术的基本原理分析及结构隔震设计方法、过程进行叙述，同时对隔振层的构造措施及施工要点也进行了简单的介绍。

【关键词】发展背景；基础隔震设计；隔震构造措施；施工要点

一、发展背景

随着经济的发展和城市化进程的不断加快，人们对建筑的使用功能也有了更高的要求。但以往传统抗震结构设计是通过增强结构强度来抵抗地震，容许结构构件在地震时进入非弹性状态，具有一定的延性，以结构本身的损坏为代价消耗地震能量，减轻地震反应。由于福建地区属于高频地震区域，沿海城市地震烈度多数大于等于7度0.1g。在这类地区，按传统抗震结构，因抗震需要，常造成建筑构件尺寸过大，影响实际使用空间与建筑功能。同时当发生超过设防烈度地震时，由于承重构件在地震中的不断损伤，累计到一定程度还可能会引起房屋倒塌，不能保证房屋大震不倒的要求。

基础隔振技术是将支撑在隔震系统上的整个建筑物在地震时具有较大的剪切变形能力，使地震的各种破坏力对上部建筑物的直接拉力降至最小，减小上部结构的地震反应（一般可减小至1/5左右），确保建筑物在任何突发强地震中不被破坏和倒塌，是一种立足于“隔”的以柔克剐、以隔减震的积极抗震的方法。可以说，从“抗”到“隔”，是抗震设防策略的一次重大改变和飞跃。同时在隔震效果、建筑经济性、耐久性及改善建筑功能上效果同样显著。因此隔震技术也逐步被公众和政府部门所认可。目前，全国多个省市自治区相继出台系列规章，促进隔震技术的推广应用。

二、工程概况

某建筑工程共五层，位于沿海城市，总面积为3100平方米，框架结构体系，采用了铅芯橡胶隔振底座作为基础隔震器。下面将以该工程为案例，分析基础隔震的基本原理。

通常隔震层的布置形式分为层间隔振和基础隔震，而基础隔振相比层间隔震，隔振效果更好。由于本工程地处高烈度区，且对建筑隔振有较高的要求，因此决定采用基础隔振。其原理是在地下室顶部、建筑物的基础与上部结构之间增设隔震层，将整个建筑分为上、下两部分。通常隔震层的侧向刚度仅为上部结构刚度的1/50到1/150，这样可以使得建筑上部结构刚度周期得到延长。如果发生地震，由于隔震层的刚度和上部结构刚度有着较大的差异，这时整个结构体系的水平变形就会出现在隔震层。地震对上部结构产生的影响是很小的，通常都为刚性运动，这样就对地震时整个建筑起到了很好的保护作用。

三、建筑隔震设计方法

在进行建筑隔震设计之前，首先要详细掌握建筑物所在区的抗震参数以及要达到减震目标，主要包括以下指标：设防烈度即该建筑场地的抗震烈度，场地类型及地震分组，地震波加速度峰值包括多遇地震时加速度峰值以及罕遇地震时加速度峰值。减震目标包括使上部结构的地震响应降低的度数以及同时保证在风荷载和微小地震下上部建筑不产生微小振动等。我国各地区抗震参数详见《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）附录A，确定建筑隔震的重要参数后先进行整体设计，而后进一步进行隔震体系设计。

1.整体设计步骤

（1）方案选定

从建筑功能、场地条件等方面进行隔震方案可行性研究，并初步确定隔震结构的方案。本工程地处高烈度区，且对建筑隔振及建筑功能均有较高的要求，因此决定采用基础隔振。

（2）动力分析计算

设定上部结构和隔震层参数，取计算模型，进行动力分析，验证以上方案是否满足预期的设计要求，若不满足，则调整上部结构或隔震层参数直至满足设计要求。

（3）上部结构设计

按传统抗震设计方法分析计算上部结构，但水平地震作用取隔震后的数值，且部分抗震构造也相应变化。

（4）隔震层设计

隔震层力学性能，隔震支座在罕见地震下的水平位移验算，水平剪力计算，隔震层连接设计等。

（5）下部结构及基础设计

按传统抗震设计方法分析计算。

2.隔震体系设计步骤

四、隔震构造要求

日常工作中，对于该种建筑结构类型来说，保证发生地震时隔震层可以承担大部分地震位移，减少上部结构位移作为隔震构造方法的关键。基于这一要求，隔震器的设置应确保满足以下三点基本要求：a、在隔震支座附近一定范圍内没有任何障碍物存在；b、在隔震层的下部和上部结构之间要设置好隔离缝；c、要将隔震建筑与局部无需隔震的建筑之间脱离开，对于通过隔震层的管道接头要选用柔性构造。下面将详细的对隔振构造方法进行分析。

1.适应隔震层变形的构造

若将隔震支座设置低于地面的标准高度，这时要在建筑物的四周各设置一条隔离缝，将建筑物悬挑部分和地面之间托开。为了保证在地震发生时隔振层具有充足的位移空间，隔震层以上建筑物20厘米范围以内不能有和地面相连接在一起的物体。

2.多楼梯的处理

建筑物外部非隔震楼梯和隔震主体结构不能连接在一起，为了避免在地震发生时对隔震主体的位移造成阻碍或者是两者出现碰撞，应将隔振部分的扶手和栏杆与非隔振楼梯的扶手或者是栏杆错开或者是断开。

3.其它构造要求

通过隔震层的竖向导线以及柔性导线要符合以下要求：对于直径比较小的柔性管线，需要在隔震层处预留一定的伸展长度，其大小不能低于15厘米，对于直径比较大的管道在隔震层要采用柔性接头，同时要确保其具有可以发生15厘米以上的水平变形的能力。除此之外，要根据使用功能要求，采用柔性材料对隔震层形成的缝隙进行封堵和填塞。

五、施工技术要点

在隔震层施工过程中应特别注意以下几个问题，以更好的实现隔震效果。

第一，为了减少柱的附加内力，要将柱的施工垂直偏差控制在5毫米以内；第二，每一层施工都要对隔离支座的变形情况进行仔细的观察，同时要记录观察的结果，如果发现有异常情况存在要及时联系设计单位，以便于能及时采取相应的措施进行处理；第三，在工程竣工之后，要做好对隔振垫的定期维护和检查，用户不能随意对墙上的凿洞进行敲打以免破坏主体结构的传力路径。

六、结束语

由于我国幅员辽阔，许多省、市都位于高烈度地区，所以抗震减灾的形势非常严峻，防震、抗震工作量大。用橡胶支座进行建筑物基础隔震的技术已比较成熟，其实际应用价值已得到了验证。加快这一技术的推广应用，特别是在高烈度地震区的应用具有重要意义，市场前景也十分广阔。

【参考文献】

【1】 曹广明，何嘉焱.浅谈多层砖混建筑抗震设计的几点要求[J].黑龙江科技信息，2010，（18）.

【2】 李瑞明.关注地震灾害强化建筑抗震设计[J].中国新技术新产品，2009，（14）.

【3】 日本隔震构造协会.隔震构造入门[M]。OHM出版社，1995.