晋源区实验中学宿舍楼隔震分析

杜相安

（太原市城市规划设计研究院 030012）

1 工程概况

本工程为晋源区实验中学宿舍楼，地上六层，地下一层，结构总高度20.4m，本工程为框架结构，采用隔震技术，设置隔震层，以达到抗震设防的要求。建筑结构安全等级为二级，设计使用年限为50年，建筑抗震设防类别为特殊设防类（乙类）。本工程地基土类别属于中软土，建筑场地类别为III类。拟建建筑物地基液化等级为非液化。主楼采用梁板式筏型基础。本工程隔震支座选用GZY600、GZY700，铅芯型。

我国现行国家规范对学校、医院等人员密集的公共服务设施的抗震设防类别高于普通建筑物，以保证此类建筑的安全性。由于我市晋源区实验中学宿舍楼属于高烈度地区，如采用普通结构达到设防目标，其构件尺寸将会有所加大，既不经济，也对建筑的使用功能造成一定的影响。针对本工程的结构形式，采用了相应的减震耗能技术，是解决学校类建筑物抗震设防的一种较好方法。

隔震技术的基本特性：随着社会的发展、科技的进步，人们对结构的安全性和稳定性的要求也越来越高。因此，传统的设计方法必须进行改进，大力发展应用已成熟的隔震技术是非常必要的。隔震垫在竖直方向可模拟成竖向刚度很大的弹性支座，水平方向模拟成弹簧＋阻尼，以减小结构水平刚度，增大结构阻尼，最终达到减小地震力和消耗地震力的效果。也就是说隔震支座既具有足够的竖向承载力，可以安全支撑上部结构的所有荷载。又具有足够可变的水平刚度，使刚性的抗震结构体系变为柔性隔震结构体系。明显地降低上部结构的地震反应。根据隔震层隔震装置的不同，基础隔震可分为橡胶垫基础、滑移基础隔震和混合基础隔震等多类。其隔震原理基本相同，都是通过隔震层削弱而不是强化上部结构与基础间的联系，改变结构系统的动力特性，避免共振或接近共振现象的发生，达到减小地震作用力和限制隔震层位移的目的。

隔震垫选用原则：①要有足够的支撑力。由于上部结构的所有荷载均落在隔震垫上，所以隔震垫必须具有足够的竖向刚度。竖向应力不超过隔震垫的基准面压力。②在满足重力荷载的基础上，应该使隔震层的刚度尽量小，以取得良好的隔震效果。③结构的扭转刚度和平动刚度比值在合理范围内，即控制第1扭转周期/第1平动周期大约为0.9；如果周期比大于0.9的话说明工程的结构扭转刚度相对于平动刚度来说小了，地震中会可能发生扭转破坏。④控制隔震垫在水平地震作用下的最大水平变形，以保证隔震的有效性。

隔震层的布置：隔震层宜设置在结构第一层以下的部位。其布置原则如下。①隔震层由隔震支座，阻尼装置和抗风装置组成。阻尼装置和抗风装置可与隔震支座合并，也可以单独设置，如有必要也可以设置限位装置。②隔震层刚度中心宜于上部结构的质量中心重合。同一隔震层内各个橡胶隔震支座的竖向压应力宜均匀。隔震支座的极限水平变位应大于其有效直径的0.55倍和支座内部橡胶总厚度的3倍二者的较大值。以避免结构在地震作用下上部结构发生过大的扭转变形。③隔震层在罕遇地震作用下应保持稳定，不宜出现不可恢复的变形；在罕遇地震作用下，隔震支座不宜出现拉应力，当少数隔震支座出现拉应力时，其拉应力不应大于1MPa。④隔震支座的平面布置应与上部结构的平面位置相对应。⑤在建筑物四周200mm范围内不应有任何高度超过隔震层的物体，以保证地震时隔震层的水平位移不受限制。隔震支座顶面标高宜位于室外地平面以上，若位于地平面以下，则需要挖掘隔震沟，沟宽不小于200mm，并做好排水。

隔震结构的构造要求：隔震建筑应采取不阻碍隔震层在罕遇地震发生大变形的措施。

（1）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值的1.2倍。

（2）上部结构（包括与其相连的任何构件）与地面（包括地下室和与其相连的构件）之间，宜设置明确的水平隔离缝；当设置水平隔离缝确有困难时，应设置可靠的水平滑移垫层。

（3）在走廊、楼梯、电梯等部位，应无任何障碍物。

隔震层与上部结构的连接，应符合下列规定：

（1）隔震层顶部应设置梁板式楼盖且应符合下列要求：

①应采用或装配整体式混凝土板。现浇板厚度不宜小于140mm；配筋现浇面层厚度不应小于50mm。隔震支座上方的纵、横梁应采用现浇钢筋混凝土结构。

②隔震层顶部梁板的刚度和承载力，宜大于一般楼面梁板的刚度和承载力。

③隔震支座附近的梁、柱应计算冲切和局部承压，加密箍筋并根据需要配置网状钢筋。

（2）隔震支座和阻尼器的连接构造，应符合下列要求：

①隔震支座和阻尼器应安装在便于维护人员接近的部位；

②隔震支座与上部结构、基础结构之间连接件，应能传递罕遇地震下支座的最大水平剪力；

③隔震墙下隔震支座的间距不宜大于2.0m；

④外露的预埋件应有可靠的防锈措施。预埋件的锚固钢筋应与钢板牢固连接，锚固钢筋的锚固长度宜大于20倍锚固钢筋直径，且不应小于250mm。

2 结语

隔震消能技术中，隔震垫的研究及应用已较为成熟，具有推广的可行性。建筑工程在采用隔震技术后，可以在不增加构件截面的前提下，抗震性能大为提高，具有明显的经济性。而且结构设计方法简单，可实施性强。通过动力弹塑性分析，证明采用隔震技术的结构在高烈度区罕遇地震下也有良好的表现，不会丧失使用功能。隔震技术在建筑工程若能广泛应用，必将取得良好的经济效益和社会效益，对建筑抗震新技术的推广也具有深远的意义。

[1]《晋源区实验中学宿舍楼岩土工程勘察报告》（详勘）.

[2]《建筑消能减震技术规程》（JGJ297-2013）.

[3]《建筑结构隔震构造详图》（03SG610-1）.

[4]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）.