建筑基础选用橡胶支座隔震技术的可行性分析

郑 斌

（福建宏盛建设集团有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

2008年“5·12”汶川特大地震，导致大量房屋倒塌，造成重大人员及财产损失。在总结汶川地震灾害经验的基础上，国家住建部根据国家有关抗震防灾法律法规，围绕“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设计原则，对建筑工程设计和建筑建造规范提出了更高的要求。建筑基础隔震橡胶支座设计作为当今抗震设计的一个环节，我们有必要深入了解建筑基础橡胶支座的隔震技术。本文以厦门市公安局特警基地训练场项目为例，根据隔震技术原理深入分析隔震橡胶支座主要性能检验与特性测试，以期判断案例工程采用隔震橡胶支座的可行性。

1 工程概况及选用隔震技术的原理分析

1.1 工程概况

厦门市某基地训练场建设地点位于福建省厦门市海沧区，本项目总建筑面积19321.967m2，地上建筑面积19205.763m2，地下室建筑面积116.204m2。教学、训练、综合演练用房主体结构为5层框架结构，建筑高度为23.1m，基础为隔震结构。隔震装置位于基础短柱柱顶，采用隔震技术设计，经过计算，结构水平向减震系数为0.40，上部结构偏于安全简化按照7度（0.10g）进行抗震设计，隔震层在罕遇地震作用下最大的水平位移为141mm（Y向即横向）；该工程隔震设计和隔震措施符合《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）和《叠层橡胶支座隔震技术规程》（CECS 126∶2001）的规定；上部与下部结构之间的水平隔震缝高度不应小于25mm，上部结构周边的竖向隔震缝宽度不应小于250mm。

1.2 选用隔震技术的原理分析

传统的建筑抗震技术是把建筑物上部结构和基础牢固地连成一体，配更粗的钢筋、用更多的混凝土浇注，把房子盖得更结实，但这种“以刚克刚”的办法抗震效果并不理想，地震时，非隔震结构顶层加速度较地面加速度放大1～4倍，房屋激烈晃动，梁柱损坏，内部装饰、设备破坏。而地震波的周期与建筑的自振周期大都在0.1～1s范围之间，因此地震时会产生较大的反应。

建筑隔震技术与传统的抗震技术不同， 其特点是“以柔克刚”。隔震橡胶支座是重要的隔震技术之一，其一般是在基础和上部结构之间，设置橡胶隔震支座，形成刚度很低的柔性隔震层， 通过隔震层的变形消耗及缓冲地震时基础的振动，以延长结构自振周期、增大阻尼，减少输入上部结构的地震能量，达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”。该措施可以抵消掉地震80%左右的能量，使建筑物的安全得到更可靠地保证[1]。

隔震橡胶支座是由橡胶和钢板多层叠合经高温硫化粘结而成，按其构造分为天然橡胶隔震支座（LNR）、铅芯橡胶隔震支座（LRB）和髙阻尼橡胶隔震支座（HDR）三类。

厦门市公安局特警基地训练场项目所用到的抗震支座主要是LNR与LRB两种类型。LNR系列橡胶支座可延长上部结构的自振周期至2～3s以上，大大减缓了建筑物因地震而产生的加速度响应，降低地震对建筑物的作用力。而LRB系列铅芯隔震橡胶支座具有较大阻尼性能，从而达到预期的抗震防震要求。

2 选用橡胶支座隔震技术的可行性分析

2.1 隔震橡胶支座的检验

2.1.1 隔震橡胶支座力学性能第三方检验

该工程设计隔震橡胶支座共计36套，其中型号规格见表1。

表1 隔震橡胶支座型号规格汇总

支座出厂时提供建筑隔震橡胶支座型式、检测报告及出厂合格证。根据设计要求，甲方抽取20个进行第三方检验，其中4个LNR500，4个LRB500，4个LNR600，4个LRB600，4个LNR700。检验单位为甲方委托的具有专项检验检测资质的四川交大工程检测咨询有限公司。本次试验所采用的主要仪器设备及编号为20000KN支座动静态压剪试验机（FTS-2000T）SBQ-SY-72。经过试验，隔震支座力学性能试验检测报告结论为：竖向压缩刚度均符合《橡胶支座第3部分：建筑隔震橡胶支座》（GB 20688.3-2006）的要求，剪切性能均符合S-A类的要求。以LNR700为例，其力学性能试验曲线见图1。

图1 LNR700力学性能试验

2.1.2 隔震支座水平极限变形能力的检验

根据《建筑隔震工程施工及验收规范》（JGJ360-2015）第4.2.1条，对隔震支座进行水平极限变形能力（350%剪应变）的检验，按照行业标准《建筑隔震橡胶支座》（JG118）要求进行检验，共抽取3个，其中1个LNR500，1个LNR600，1个LNR700，检验后不得用于工程中。本次试验所采用的主要仪器设备及编号仍为20000kN支座动静态压剪试验机（FTS-2000T）SBQ-SY-72。经过试验，以LNR700为例，隔震支座力学性能试验检测报告结论（见表2所示）为：LNR700的破坏剪应变检测值为356.2%，大于标准要求350%，破坏剪应变符合GB《橡胶支座第3部分：建筑隔震橡胶支座》（20688.3-2006）A类要求。

表2 LNR700隔震支座力学性能试验检测报告表

2.1.3 隔震支座极限水平变形量的检验

根据设计要求，隔震橡胶支座直径为500mm极限水平变形量应大于299mm，支座直径为600mm极限水平变形量应大于369mm，支座直径为700mm极限水平变形量应大于465mm。经过试验，以LNR700为例，从力学性能试验检测报告中的破坏剪应变试验曲线中可得知三种型号的隔震支座极限水平变形量均符合设计要求。

情不在长，贵在真。一页页读来，掩卷长思，闭卷感悟，深为总书记的为民情怀而触动。总书记在书中讲述了自己插队基层工作经历，从不满十六岁去农村插队盼着乡亲过上好日子，到四十多年来从事县、市、省和中央工作，一路笃行始终不敢忘却困难群众的生活生产，始终不敢忘却脱贫攻坚、共享小康社会和实现中华民族伟大复兴的梦想。他深情地说到：“善为国者，遇民如父母之爱子，兄之爱弟，闻其饥寒为之哀，见其劳苦为之悲。”

2.2 隔震结构动力特性测试

2.2.1 测试方法与目的

在本项目完成主体封顶、室内装修后，按照设计图纸要求，竣工验收前专门委托具有相应资质的检测机构福建省建研工程检测有限公司进行测试。本次测试采用环境激励法（脉动法）进行测试，测试过程中采集记录结构在环境激励下X、Y两个方向的随机振动加速度信号（X方向为沿建筑物短边方向，Y方向为沿建筑物长边方向）。根据检测结果，结合后续数据处理分析，得到结构X向、Y向的第一阶自振频率。

2.2.2 测试方案

（1）测点布置：根据设计图纸要求及现场实际条件，传感器布置于一层、五层，具体位置如图2所示。

图2 振动测点布置示意图

（2）测试工况：测试在环境噪声振动下的结构自振频率。

（3）测试步骤：

①振动传感器安装。将振动传感器固定于测点位置，并将传感器与动态采集仪进行连接；

②振动测试机系统检查与调试。检查各传感器的工作状态，确保传感器处于正常工作状态；

2.2.3 检测仪器

主要测试仪器汇总在表3中。

表3 主要测试仪器汇总表

2.2.4 测试数据处理结果

该项目采样时间为20min，设置采样频率为50Hz，采集本项目中的训练场、教学楼、综合演练用房在环境激励下X、Y两个方向的随机振动加速度信号，并进行试验模态分析，获得结构的动力特性。分析结果表明，沿X方向的第一阶振动频率为2.49Hz（周期：0.402s）；沿Y方向的第一阶振动频率为3.03Hz（周期：0.330s）。X、Y方向测点的加速度时域波形见图3，实测频谱图见图4。测试结果均达到预期目标。

图3 X、Y方向测点振动测试加速度波形图

图4 X、Y方向测点频谱分析图

3 结束语

综上所述，本文从隔震技术原理出发，以实际工程案例分析隔震橡胶支座力学性能第三方检验、水平极限变形能力的检验、极限水平变形量的检验，并采用环境激励法（脉动法）进行该工程隔震结构动力特性的测试，采集记录结构在环境激励下X、Y两个方向的随机振动加速度信号，根据检测结果，结合后续数据处理分析，得到结构X向、Y向的第一阶自振频率与周期。结论是：

（1）以LNR700为例，从力学性能试验检测报告中的破坏剪应变试验曲线可知：三种型号的隔震支座极限水平变形量均符合设计要求；

（2）隔震结构动力特性测试结果均达到预期目标；

总之，该工程选用建筑基础橡胶支座隔震技术既满足了抗震设防烈度要求，又降低了上部结构的含钢量，符合绿色建筑要求，且有助于降低碳排放，案例工程基础采用隔震橡胶支座设计是可行的，是较为理想的选择。