论层间隔震改造在加固工程中的应用

周丽萍 何强 张峰 赵伟民

摘 要：地震给人类生命财产安全、社会稳定与进步造成巨大危害，并且由地震引发的次生灾害也会造成很大威胁。如何最大程度的减小震害，人们需要对结构体系的地震反应进行控制，抗震理论和体系仍需进行不断的完善和发展。本文对层间隔震在既有建筑改造加层项目中的应用进行了分析。

关键词：层间隔震;加层建筑;施工技术

地震因其突发性和毁灭性的特质，每次会造成巨大的人员伤亡以及不可计数的财产损失。尤其随着社会经济的不断发展和进步，城市建设的越来越繁华，人口也越来越集中，土地减少，需求不断增加，既有建筑的改造扩容增层也逐步凸显其重要性，加层改造具有一系列优点，如有效利用土地资源，充分利用城市空間，缓解当前住房紧张;可将抗震加固和加层改造结合起来，既增加建筑使用面积，又提高建筑的抗震性能等，伴随着人员的集中，同等强度等级的地震造成的危害要是几十年前的十几倍甚至数十倍。因此本研究具有一定的现实意义。

1 层间隔震结构特点

解决改造项目的实际需求，就需要应需求而设置加固方案，层间隔震是在基础隔震结构的工程实践中发展起来的一种新型隔震结构形式。它是将隔震层设置在结构基础之上的某一层柱顶，对结构进行地震反应控制的建筑结构，它的减震效果一般在10%-40%之间，实际使用需求可利用其特殊性进行结构的加层，做适当的改建，从而达到减震目的。层间隔震结构的提出来源于实际工程实践的需求。

1.1 层间隔震结构不需要特意为隔震层在地震时发生的较大位移预留空间

与一般楼层相比，隔震层的水平刚度很小，地震时，隔震层将发生较大的变形。对于基础隔震结构，隔震层通常位于室外地面以下，为了保证地震时隔震层能发挥作用，《建筑抗震设计规范》（GB5001-2001）}26}（以下简称《规范》）规定：上部结构的周边应设置防震缝，缝宽不宜小于各隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移限值的1.2倍。上部结构与地面之间，宜设置明确的水平隔离缝;当设置隔离缝有困难时，应设置可靠的水平滑移垫层。在走廊、楼梯、电梯等部位，应无任何障碍物。而对于层间隔震，由于隔震层设置在一层或一层以上柱顶，结构的大变形发生在没有障碍的空中。因此，也就不存在预留空间及相应的构造问题。

1.2 降低结构的土建造价

对于基础隔震结构，在隔震层顶部需要增设一层厚度大于140的梁板式楼盖，且楼盖的梁板刚度和承载力均应大于一般楼面梁板的刚度和承载力。这样，结构的自重会因此而有明显的增加。而层间隔震则不需要增设这样的楼盖。当隔震层设置在较低位置时，隔震支座的选取主要是由使隔震支座在竖向荷载作用下的压应力不超过容许值来控制的，因此减少一层楼板就会减小隔震支座的数量或尺寸。所以，层间隔震结构不但能减小一层楼板的费用，还可减小隔震支座的费用，具有较为显著的经济效益。

1.3 层间隔震可有效提升抗倾覆能力

通常来说，隔震支座的抗拉性能并不高，为此，在相关的规范中规定，隔震支座不允许出现拉应力。这样可以保证隔震结构在地震时不发生倾覆破坏。对于层间隔震结构，由于隔震层位置相对较高，使得结构的抗倾覆力矩与倾覆力矩的比值增大。因此，提高了结构的抗倾覆能力。

1.4 施工方便

采用隔震技术的房屋，通过隔震层处的水暖管道均需设置成软管。隔震层设置在层间时，软管部分就可以设置在地面以上，便于软管部分的施工、维修和更换。

对旧有房屋进行抗震加固时，若采用基础隔震形式，需要在基础顶部将原有结构断开，进行施工，比较复杂。而在原有结构的顶部设置隔震层，施工过程会方便很多。

2 层间隔震结构应用范围分析

隔震体系可分为基础隔震体系和层间隔震体系。基础隔震体系是指在基础与上部结构之间设置隔震支座以延长结构的自振周期、减小结构地震响应形成的结构体系，它包括三部分：上部结构、隔震支座、基础。隔震层的设置，可以减小结构的整体刚度，从而延长结构的周期，同时隔震支座具有很大的阻尼，地震作用下可以消耗地震能量，但由于水平刚度减小，隔震层会产生很大的水平位移。虽然基础隔震可以有效减小地震作用，但其使用也受到一定的限制：1）因为隔震层会产生很大水平位移，所以结构与地面之间需预留很宽的缝以避免结构与地面的碰撞;2）隔震层设置于基础之上，在一些近海工程中，基础部分受海水冲刷影响严重，隔震支座易老化或失效;3）在一些旧房改造或加层工程中，基础隔震无法应用。所谓层间隔震体系即将隔震层位置上移，不再局限于基础位置，而是隔震层位于楼层与楼层之间，经国内外实际工程证明，层间隔震体系可有效地延长结构周期，减小上部结构地震响应。

层间隔震结构，顾名思义就是在结构相邻两层之间设隔震层，起到阻止地震动向隔震层上方结构传递的作用，进而减小隔震层上方结构所受到的地震作用。通过隔震层上部结构对下部结构的共同作用，减小隔震层下部结构的地震反应，从而降底整体结构的震害。层间隔震结构适用于以下几种情况。

2.1 受条件制约，无法采用基础隔震

在某些特殊的情况下，为防止隔震层受拉拔起，将隔震层上移，此时采用层间隔震。

在近海或易发生洪涝灾害的地方，为了使橡胶隔震支座免受侵蚀，将隔震层位置上移。

2.2 刚度、质量有突变的结构

随着高层建筑的迅速发展以及结构设计软件的不断强大，结构的造型也越来越复杂。尤其是近几年，出现了越来越多的大底盘多塔楼结构、框支结构。这种结构形式变形及受力比较复杂，抗震性能差，在《高层建筑混凝土结构技术规程》（中将这些结构列为复杂高层建筑结构。但是，如果在塔楼和底盘之间设置隔震层，将大大改善其变形和受力情况，从而提高整体结构的隔震减震性能。

2.3 既有建筑的隔震加固改造

新疆某市人民医院改造加固项目，建筑面积7200平米，抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度峰值为0.20g，设计地震分组第三组，Ⅱ类场地，场地特征周期0.45s。采用框架结构形式，楼层数为6层，建筑结构高度1～17轴26.58m、18～25轴22.00m，宽13.8m，高宽比1.92（1～17轴）、1.59（18～25轴）。属于重点设防类，乙类建筑，必须进行减隔震加固。

原结构有地下室，地下室处于闲置状态，比采用基础隔震更能体现隔震价值。隔震支座设置在地下室顶板上，基础采用条形基础形式。施工范围可圈定在地下室顶部，既不影响使用，也能减少开挖，节约成本，实现空间利用。

3 结语

层间隔震技术是基础隔震的延伸与衍化，它比基础隔震有更好的适应性能，便于在更多结构中推广应用。国内外学者针对层间隔震已有很多的理论和试验研究成果，但是在高层层间隔震方面的研究还很欠缺。通过本文可以了解层间隔震的意义及应用场景。

参考文献：

[1]周云，邓雪松，汤统壁等，中国（大陆）耗能减震技术理论研究、应用的回

顾与前瞻[J]，工程抗震与加固改造，2006，28（6）：1-15.

[2]刘伟庆，王曙光，林勇，宿迁市人防指挥大楼隔震设计方法研究[J]，建筑结构学报，2005，26（2）：81-88.

[3]何文福，刘文光，张颖等， 高层隔震结构地震反应振动台试验分析[J]， 振动与冲击，2008，27（8）：97-102.