隔震技术在砌体结构中小学校舍加固中的应用

徐 蓉 何 斌 王国祥

(1.上海中船九院工程咨询有限公司，上海 200063； 2.喀什大学土木工程学院，新疆 喀什 844008)



隔震技术在砌体结构中小学校舍加固中的应用

徐 蓉1何 斌2王国祥2

(1.上海中船九院工程咨询有限公司，上海 200063； 2.喀什大学土木工程学院，新疆 喀什 844008)

结合“5·12”汶川地震中砌体结构中小学校舍的震害，分析了增强此类结构抗震性能的必要性，阐述了基于数值计算和振动台试验的隔震结构动力反应分析情况，指出采用增设隔震层的方式加固砌体结构具有施工周期短、造价低的特点，可以在此类加固中进行推广。

砌体结构，震害，振动台试验，隔震技术

1 概述

2008年5·12汶川地震给震区的中小学带来巨大的人员伤亡和建筑结构破坏。在汶川地震余震过程中，大量科技人员对震区砌体结构进行调研，得出了宝贵经验。文献[1]将结构破坏程度分为可以使用、加固后使用、停止使用和立刻拆除等四种级别，指出各类砌体结构，尤其是1978年以前的建筑结构破坏情况最为严重。该文献指出学校建筑以砌体结构为主，且抗震性能差，震害严重。

文献[2]将砖混结构的震害表现归纳为基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏、局部倒塌和倒塌等6种情况；该文献指出基于唐山大地震后的抗震规范进行设计和施工、质量良好的砌体结构在此次大地震中表现较好；遵循规范加固过，且施工质量较好的结构也经受住了地震的考验。

文献[3]指出砌体结构在极震区破坏严重，倒塌较多，特别是大空间结构。尤其值得重视的是经过抗震设计和合理设置圈梁构造柱措施的砌体结构破坏轻微或基本完好。

大量的调查研究结果基本上肯定了GB 50011建筑抗震设计规范(以下简称《抗规》)无论在概念设计和构造措施上对砌体结构做出的规定基本是可行的，这与唐山大地震时大量砌体结构倒塌形成了鲜明的对比。但是作为校舍，尤其是教学楼这种空旷建筑，其抗震性能无法满足新的安全性规定。对此类建筑进行适度加固改造是必要的，本文则着重就采用隔震技术在其加固中的应用进行归纳和总结。

2 分析方法

隔震技术在国内推广已经超过20年，大量科研和实践成果已经被最新的《抗规》所采纳，本文着重就国内采用数值计算和振动台试验对隔震结构进行分析的成果进行阐述。

2.1 基于数值计算的隔震结构动力反应分析

《抗规》中对于抗震分析方法包括底部剪力法、振型分解法和时程分析法。这些方法可以通过简化计算和诸如SAP2000等大型有限元软件，或者自编软件进行实现。文献[4]指出采用JGJ/T 13—94设置钢筋混凝土构造柱多层砖房抗震技术规程所得的剪切型多质点计算模型的结构动力特性与实测结果相比较，具有足够精度。

文献[5]采用《抗规》提供的隔震设计简化计算方法，对结构的横向(弱轴方向)进行计算，得出隔震后楼层的层间剪力与原结构层间剪力比为0.336，满足《抗规》关于设防烈度降低1度(减震系数为0.5)时所对应的层间剪力比最大值0.35的限值要求的结论。

文献[6]采用自编软件，利用底部剪力法程序计算上部结构的基底剪力，同时确定上部底层结构的刚度和橡胶支座的有效刚度确定选用支座的类型和个数。采用在时程分析法中添加隔震程序的方式获取最大层间剪力和位移等参数。该文献中还提出采用弹性阶段、从弹性阶段进入屈服阶段、从屈服阶段进入刚度退化阶段和层间位移超过层间极限位移这四个阶段作为破坏状态的确定原则。

文献[7]采用结构有限元软件SAP2000模拟砌体结构，通过对比可知，采用隔震装置后，结构周期变长，扭转成分降低；时程分析结果表明，采用隔震装置可以大幅度降低结构的加速度峰值。

文献[8]提出在选用多组时程曲线时，应按照规范所提供的地震影响系数曲线得到罕遇地震水准下目标概率一致反应谱(UHRS)，按照目标反应谱对所选取的地震波进行修正。同时基于SAP2000有限元软件采用简化模型进行水平地震动动力分析。提出隔震层以上砌体结构的加速度反应谱值在高频部分有较大幅度降低，而低频部分有所放大的结论。

采用隔震层的砌体结构，其前几阶振型较为明确，采用剪切型多质点模型不失为良好的模拟方式。在采用大型有限元软件模拟时，需要在支座单元和墙元的选择、上部结构的简化等方面进行深入研究。

2.2 基于振动台试验的隔震结构动力反应分析

通过整体结构的振动台研究，可以直观获得结构动力特性和地震作用下结构的反应。由于振动台台面尺寸和能量输入本身的限制，通常使用缩尺模型。文献[9]针对典型四层外廊式砌体结构教学楼的基本单元作为试验对象，着重描述了缩尺试验所需要注意的各项要点。

文献[10]针对采用橡胶支座与叠层橡胶滑板支座的砌体结构，进行1/4比例的等代结构的振动台试验，采用白噪声作用测不同阶段的结构动力特性，且采用5种地震波的三种不同工况作为地震激励，确定非隔震结构和隔震结构的放大系数。该文献指出隔震结构模型的水平隔震效果显著，有效保护上部结构安全。

我国对于隔震结构的振动台试验数量较少，在今后应该适当增加此类试验研究。

3 工程实践

隔震设计中对于隔震层上部结构和下部结构均作刚性层假定，这需要在施工实践中得以保证，而对于既有建筑的改造由于工程实践较少，其施工工法尚未成套。施工的主要难点在于如何设置隔震层，将上部结构和基础脱离开。文献[11]通过对南京市谷里中学综合楼的改造项目进行描述，介绍了对于既有建筑增加隔震层的施工工艺和关键技术，尤其是提出对隔震层下部结构及基础进行加固，对上部结构采用托换技术形成刚性托盘；该文献指出采用隔震技术对结构进行加固，可以显著减少隔震层以上部分的加固量。

文献[4]描述的是甘肃省某中学科学实验楼改造项目，通过设置普通橡胶支座和铅芯橡胶支座的方式，提出在1层设置刚性底板和夹梁形成刚性层，同时通过在支座下方也设置夹梁，给支座提供足够刚度的支撑；文献同时也描述了诸如挡土墙等附属设施的建造。

4 结语

我国在建国后至今建造了大量砌体结构校舍，这些校舍的抗震能力较低，在大震中容易发生不同层次的破坏；国家在汶川地震后对校舍的抗震设防提出新的要求，通过对墙、板等构件进行加固的方式进行整体结构的加固。实践表明，采用传统加固方式造价较高、施工周期较长。

隔震技术在国内推广实践已经超过20年，其理论较为完善、产品较为可靠、施工工艺也逐渐成熟。

本文描述了隔震技术在砌体结构中小学校舍中加固的应用，通过分析方法和工程实践等层面对汶川地震后的理论和工程实践进行了总结，可为今后的设计和施工提供一定的参考。

[1] 清华大学土木工程结构专家组,西南交通大学土木工程结构专家组，北京交通大学土木工程结构专家组,等.汶川地震建筑震害分析[J].建筑结构学报,2008(4):1-9.

[2] 姚秋来,薛彦涛,曾德民,等.5·12汶川特大地震都江堰灾区震害调查——砖混结构部分[J].工程抗震与加固改造,2008(4):12-23.

[3] 李英民,韩 军,刘立平,等.“5·12”汶川地震砌体结构房屋震害调查与分析[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2009(5):606-611.

[4] 王洪涛,施卫星,汪 洋,等.砖混结构组合基础隔震加固设计及应用[J].工程抗震与加固改造,2016(1):105-112.

[5] 郭 健,刘伟庆,王曙光,等.隔震技术在砌体结构抗震加固中的应用研究[J].工程抗震与加固改造,2008(1):43-47，54.

[6] 张永山,王铁英,王焕定.砌体结构工程抗震软件的结构隔震功能及算例分析[J].地震工程与工程振动,2001(2):152-156.

[7] 赵 曦,申向东,高 娃,等.既有多层砌体结构隔震加固数值模拟分析[J].中国科技论文,2017(1):101-106.

[8] 吴 迪,霍维刚,周福霖.采用GFRP橡胶隔震技术的某砌体结构动力响应分析[J].广州大学学报(自然科学版),2015(6):45-49.

[9] 蒋 璐,李 旭,马人乐.某四层砌体结构预制板教学楼振动台缩尺模型试验设计[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版),2011(2):15-19,27.

[10] 李亚明,胡锡勇,郦敏浩.组合隔振(震)砌体结构模型振动台水平隔震试验研究[J].建筑结构,2013(13):7-12.

[11] 陈文海,徐 贾,郭 彤.既有砖混结构校舍隔震加固技术及其工程应用[J].建筑技术,2014(3):215-218.

On application of seismic isolation technique of consolidation of schools and dormitories in middle and primary schools with masonry structure

Xu Rong1He Bin2Wang Guoxiang2

(1.China Shipbuilding NDRI Engineering Co., Ltd, Shanghai 200063, China; 2.College of Civil Engineering, Kashgar University, Kashgar 844008, China)

Combining with the seismic disasters for the schools and dormitories with masonry structure in Wenchuan Earthquake on May 12th,2008, the paper analyzes the necessity to enhance the seismic performance of the structure, illustrates the dynamic response analysis of isolated structures based on numerial calculation and ribration platform test, and points out the addition of isolation layer can enhance the masonry structure with short construction period and low cost, so it can be promoted in the consolidation of the type of buildings.

masonry structure, earthquake disaster, test of vibration platform, seismic isolation technique

1009-6825(2017)16-0043-03

2017-03-28

徐 蓉(1967- )，女，高级工程师

TU352.1

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