谈隔震支座在结构抗震中的应用

张 娴

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

0 引言

在我国的唐山地震以及汶川地震之后，建筑行业的抗震隔震设计发展非常迅速。在地震中，采用了隔震设计的庐山人民医院综合楼在强烈地震中的表现良好，使得设计人员对于隔震在结构设计中的重要性有了新的认识，在地震的8度区，采用减震隔震技术显得尤为重要。一些重要的建筑比如学校和医院等，采用隔震技术能够保证楼梯的地震加速度峰值不超过150 cm/s2，从而保证大部分设备在地震中仍然能够正常运行，对人民的生命与财产有着重要意义。本文通过某小学的教学楼隔震设计与分析，对于隔震支座在结构抗震中的应用提供了新的思路。

1 隔震设计思路

隔震一般是指在建筑结构中放置一个隔震层，用来隔断地震力与上部结构之间的联系。一般隔震层的水平刚度要远远小于其余的楼层水平刚度。在设计中，一般都将隔震层放在基础上面形成基础隔震，这也是当前绝大多数建筑采用的隔震形式。采用隔震支座能够延长整个主体结构的自振周期，降低地震作用对上部结构的影响，从而达到预期的隔震要求。

在多层结构的隔震设计中，可以先制定一个隔震的目标，一般是将地震的作用降低一度或者降低一度半，然后根据需要降度的目标建立模型，一个模型是可以精确描述力学参数的隔震模型，另一个模型是去掉隔震层以及隔震层以下的，以框架柱的支座建模成铰支座的非隔震模型进行分析。根据抗震设计规范的相关规定，层间位移角在设计时可以取值1/450～1/250之间，如果希望在地震作用下，上部结构仍然完好，则可以选择较小的层间位移角计算值。

2 实际工程案例

2.1 工程设计概况

某学校的教学楼，设计高度为15.1 m，为地上3层混凝土框架结构。设计使用年限为50年，设防烈度为8度，基本地震加速度为0.2g，场地类别为Ⅱ类，抗震设防类别为乙类。在设计中如果采用传统的结构设计，那么抗震构造措施需要提高一度进行考虑，则按照9度进行抗震构造措施设计，这样抗侧力构件的截面尺寸就会比较大，具体表现为框架柱的设计尺寸可能为1 m×1 m，这样占据了较大的使用空间。因此在设计中采用了基础隔震技术来降低地震对主体结构的作用，同时降低设计中上部结构的构造措施要求，提高建筑的上部结构抗震能力，设计平面图见图1。

2.2 隔震设计分析

根据结构的设计平面图可以看出，该建筑物的高宽比较小，所以层间剪力影响着水平减震系数，想要降低一度考虑上部结构的抗震能力，需要在隔震支座的设计中，使得水平抗震系数小于0.4。采用两条人工模拟加速时程曲线与强震记录曲线对该建筑物进行支座设计，不断计算配置隔震支座后的水平抗震系数计算值，直到该数据小于0.4，根据计算结果对支座型号及数量进行选择，最终在每一个框架柱下布置支座，各支座型号根据轴力而定，共布置51个支座。

2.3 隔震效果分析

根据计算与分析可以得到，在各种8度地震作用下的该小学的主体结构水平地震作用值都小于7度作用下非隔震模型所受的地震作用值，所以在这种条件下，降低一度来进行抗震构造措施设计是合理和安全的，隔震后的地震水平加速度降低，水平自振周期延长，使得建筑结构抗震能力更强，更加安全。

3 隔震支座应用的经济性与社会效益

根据隔震支座的应用综合分析，可以得知，使用隔震支座不仅仅使得结构更加安全，而且在经济性以及对社会效益的贡献上，隔震支座有着一定的优势。

3.1 隔震支座经济性

由于隔震支座降低了上部结构承受的水平地震力，因此在设计中，所采用的结构柱的尺寸可以减小，配筋可以降低，从而节约建设的原料，实现经济效益的提高。尤其是在8度区以上的地震作用较强的地区，往往工程造价的节约可以达到整个工程造价的10%左右，即使是在抗震强度较低的7度区，材料节约的成本也可以降低5%左右(见表1)。

表1 隔震与非隔震结构的材料用量比较

结合当前市场的价格，混凝土的造价约为400元/m3，钢筋的造价约为5 000元/t，隔震支座的造价大约为10 000元/套，可以得到工程造价节约大约为20万元，这表明采用抗震隔震设计之后工程造价将会下降，这只是针对3层混凝土框架结构而言，主体结构用量小，楼层低，面积小，所以经济效益不够明显，如果是针对高层设计而言，那么节约的成本会更大。

3.2 隔震支座的社会效益

由于抗震支座能够显著地提高建筑结构的抗震能力，因此具有很强的社会经济效益，主要表现在地震中，结构的受损很小，能够节约大量的资源与劳力，在恢复结构功能的造价中，有隔震设计的建筑恢复的造价更低，而且主要建筑结构的功能基本不受影响，抵御地震的能力更强。

4 加强隔震设计在结构设计中的应用

作为建筑隔震设计应用的主体，设计单位应当更好地推广隔震设计在建筑结构设计中的应用。传统的设计单位的作用，设计单位仅仅是参与图纸会审以及一些设计变更等程序，参与度较小。但是在隔震设计推广的今天，设计单位应当改变在工程施工中的作用。很多施工单位对于隔震设计的理念以及一些核心技术并不了解，因此需要设计单位加强减震隔震技术在结构中应用的质量保证作用。具体体现在图审之前做好隔震技术的专项交底，强调隔震技术对于建筑结构的重要性，加强隔震技术的质量控制。在第三方监管中，设计单位也应当对产品的力学性能进行监管，防止不合格的抗震产品流入市场。最后在隔震产品安装之前，也需要设计单位参与验收，在安装后，也需要设计单位的人员确认其功能后才能够进行隐蔽，保证隔震层的质量满足设计的相关要求。

5 结语

当前，我国建筑在地震后大量应用了隔震设计，本文也通过具体案例对隔震支座在建筑结构设计上的使用进行了描述，并对隔震支座的经济性与经济效益进行了分析。结果表明，采用隔震支座能够延长主体结构的自振周期，减小上部结构受到的地震作用，具有经济效益，能够节约建材。为了能够保障隔震技术的应用与发展，在建筑结构的设计与施工中，应当充分发挥设计单位的作用，保证隔震技术的应用水平。