减隔震技术的发展及在学校建筑中的应用

杨志荣

摘 要：建筑结构承载着建筑本身及其他相配套设施的重量，我国国土面积广博，西北、西南等地地质灾害频发，因此对于建筑本身而言，其隔振、减振以及对振动的控制水平直接关系到建筑用户的人身及财产安全。学校建筑作为国家重要的人才培养场所，必须加强建筑减隔震设计，确保建筑质量，为学生提供安全的成长和学习环境。文章主要对减隔震技术的发展进行初步分析，并在此基础上深入探索减隔震技术在学校建筑中的应用路径。

关键词：减震；隔震技术；发展；学校建筑；应用

中图分类号：TU352 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）19-0181-02

Abstract： The building structure carries the weight of the building itself and other supporting facilities. China has a vast land area， and geological disasters occur frequently in the northwest and southwest regions. Therefore， for the building itself， its vibration isolation， vibration reduction， and vibration control level It is directly related to the personal and property safety of construction users. School construction， as an important talent training place in the country， must strengthen the design of building seismic isolation， ensure the construction quality， and provide students with a safe growth and learning environment. This paper mainly analyzes the development of seismic isolation technology， and further explores the application path of seismic isolation technology in school buildings.

Keywords： shock absorption； seismic isolation technology； development； school building； application

前言

当前面对地震我们仍然束手无策，无法准确预测地震及震级的发生情况，为了提高建筑使用安全，尽最大限度地减少生命财产损失，必须采用减隔震技术对建筑物进行加固，提高建筑物本身的抗震能力[1]。减隔震技术的主要原理是期望建筑物主体结构在经历地震时，能够尽快与可能引发建筑物结构破坏的地面运动相分离，延长结构坍塌周期，避开地震卓越周期，减少地震导入建筑物主体结构中的能量，达到降低地震损失的目的[2]。为了更好地探讨减隔震技术的发展及在学校建筑中的应用路径，现作出下述研究。

1 减隔震技术的发展

减隔震技术能够有效增加建筑结构的柔性，延长结构自振周期，减少地震产生的建筑结构地震效应，同时可有效增加建筑物结构的能量耗散或阻尼，从而减小结构自振周期延长所导致的结构位移[3]。另外安装减隔震装置可有效提高建筑物的刚度和强度，促使建筑物结构在极限状态下的制动力、风荷载等水平力得到足够支承。美国学者在1971年加利福尼亞圣费尔南多地震后，对地震产生的结构效应进行了系统性研究，研究出了随机振动分析、时程分析、反应谱法等系列地震响应设计和计算方法，并在此基础上修订了建筑物、桥梁等的抗震规范[4]。日本作为一个地震频发的国家，大部分国土均位于高烈度地震区，日本在经历阪神、新泻地震后，结合两次地震灾害情况，修订了全新的地震设计规范，同时提出了直下型地震概念，并将建隔震设计提升至了法律层次，采用了大量的粘滞流体阻尼器和前行额针橡胶支座对桥梁、建筑物等实行了减隔震设计。根据国外减隔震及时应用情况来看，日本在阪神1995年的大地震中，采用铅芯橡胶支座建筑物的抗震性能良好；土耳其在经历地震后对一些重要的基础设施项目进行了支座更换、局部构造改建等减隔震设计，提高了建筑物整体抗震性能。中国自唐山大地震后也开始积极制定相应的抗震设计规范，包括《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010、《建筑工程抗震设防分类标准》GB50 223-2008等，为建筑物减抗震设计提供了重要参照[5]。下面本文通过结合实例，对减隔震技术在学校建筑中的应用路径进行了探索。

2 减隔震技术在学校建筑中的应用

2.1 工程概况

我国云南省滇西某学校拟于北郊临山坡处建设校舍，建筑物主要包括综合教学楼、宿舍综合楼、食堂、教学辅助用房，综合教学楼包括四层和五层两部份结构，同时在交界处设置有单层门厅。教学楼包括一、二两个结构单元。一区地上共计5层，局部6层，1层层高4.50m，2～4层高度3.90m，5层高度5.40m；二区地上共计4层，1层高度4.50m，2～4层高度3.90m，楼层结构均属于现浇钢筋混凝土框架结构。

2.2 抗震方案

本学校建筑工程抗震类别属于乙类，根据《建筑工程抗震设防分类标准》中的要求，需按照本区域抗震设防烈度8度的标准加强抗震措施，地震分组为第3组，地震基本加速度0.3g，地震水平影响系数的极限最大值max=0.16。项目采取建筑隔震设计方案，利用减隔震技术，按照水平地震影响系数max=0.08进行计算，结构计算根据设防烈度降1度标准确认框架抗震等级，表示隔震层上方框架抗震等级设为2级，轴压比按照设防烈度进行控制。结合结构立面、平面不规则特定，采用下述措施进行减隔震设计：（1）通过建筑结构各区域受力分布变化情况，结合最大层间位移分布特征，进行受力特征不利因素判断，采用相应的加强措施，考虑采用平扭耦联进行扭转效应计算，将偶然偏心、双向水平地震因素纳入计算范围内；（2）控制结构在预设水平力作用下，且楼层位移比<1.5；（3）控制本层侧移刚度≥相邻上层的70%，或是≥相邻3个楼层侧向平均刚度值的80%；（4）楼层电梯间洞口四周板厚加厚，同时配筋双层双向，提高楼板配筋率。

2.3 教学楼构造分析

综合扭转耦联期间的振动周期、水平轴和纵轴各方向的扭转系数、平动系数计算结果当中柱的轴压比，保证其均小于0.65，符合《建筑抗震设计规范》中的预设要求，楼层结构具有良好延性。梁、柱无超限现象，且各项计算指标均满足抗震规范要求。建筑物主体结构对风载和地震作用的相应反应在预设范围内，结构自振位移、周期和地震力均在规范限制范围内和正常取值范围内，该项目结构体系整体设计较为合理，抗震措施有效。

2.4 减隔震设计

综合建筑结构抗震和功能需要，设置隔震支座在楼板±0.00m下方-1.6m和1m处，预设隔震层高度1.6m和1m。隔震层下方，及下支墩下方设置基础承台和基梁。建筑结构设计确保隔震支座水平刚度远低于上层建筑结构水平刚度和隔震层下方结构水平刚度，隔震支座上方砼隔震支墩和梁板的水平刚度远高于上层建筑结构的水平刚度，同时控制隔震层下方负责直接支承隔震层上方建筑结构的构件，保证整体设计符合嵌固刚度比与隔震设防地震预设承载力的要求，按照罕遇地震要求进行抗剪承载力计算。为了确保计算模型的准确性，在进行设计前需要进行计算模型验证，将验算结果与PKPM（Satwe）模型结果相比较。隔震支座参数结合厂家实验数据确认，确定一区隔震后的水平地震影响系数的最大值max为0.058，二区隔震后的水平地震影响系数最大值max为0.04，上部分建筑结构计算的水平地震影响系数均值为0.08。考虑到一区与二区的隔震无法完全隔绝竖向地震，隔震层上方的构造必须进行相应的竖向地震作用计算，按照隔震层上方构造抗震措施降1度进行设计，考虑综合水平地震影响系数0.08，罕遇地震时需要考虑竖向与水平地震过程中的同时作用，在此采取时程分析法进行隔震层位移计算，复核结果显示，隔震支座拉应力<1.0MPa。一区隔震支座位移最大值142mm；二区隔震支座位移最大值130mm，均符合预设抗震规范要求，隔震结构与非隔震建筑间的缝宽300.00mm，同各镇建筑之间的缝宽600.00mm，满足《建筑抗震设计规范》中的要求，且部分支座的拉应力较小。

2.5 抗震评估

运用时程分析法，按照建筑物预设地震分组和场地类别进行强震记录和加速度人工模拟操作，根据时程平均反应谱结果，发现其与规范反应谱相接近，表明教学楼建筑项目的减隔震设计符合相应标准。

3 结束语

综上所述，地震是常见自然灾害类型之一，严重威胁人们的生命和财产安全，为了提高学校建筑建设质量，必须加强减隔震技术在学校建筑中的应用，根据抗震相关规范要求，结合建筑结构进行减隔震设计，提高学校建筑使用安全性。

参考文献：

[1]王旭.论减隔震技术在建筑结构中的应用[J].工程技术：引文版，2017（1）：59.

[2]王志恒，商懷帅，魏磊，等.振动控制及减隔震技术的发展与应用[J].建筑结构，2017（s1）：625-628.

[3]杨显丽.隔震技术在学校建筑的设计应用[J].城市建筑，2015（27）：57.

[4]徐晓良.浅议学校建筑应用隔震技术的前期工作[J].福建建筑，2013（5）：48-50.

[5]张波.建筑结构减隔震技术应用实践微探[J].环球市场信息导报，2017（27）：118.

[6]陈翔.浅析减隔震技术在桥梁结构设计中的实践应用[J].科技创新与应用，2017（05）：224.

[7]李军.浅谈桥梁抗震设计要点及减隔震技术的应用[J].科技创新与应用，2017（05）：226.