新疆人民剧场基础隔震加固设计

崔 秀 丽

(郑州工业应用技术学院，河南 郑州 451100)

0 引言

现阶段，我国仍存在大量且在使用的老旧砌体结构需要进行维修、加固或拆除，所以对高烈度区的砖砌体房屋进行抗震加固十分有必要[1,2]。

采用隔震技术对建筑物进行抗震加固，即将常规的“硬抗”变为“软抗”。该技术通过在建筑物下部设置一道隔震层来减少地震能量对上部结构的输入，以减少上部结构的地震反应，提高建筑物抗震能力[3,4]。在美国、日本、新西兰、中国均有成功的工程实例，加固效果十分显著[5]。虽然国内已经有一些加固成功的案例，但只是对一些高烈度区的中小学教学楼和宿舍楼进行了隔震加固改造，而对大型公共建筑的隔震加固改造研究较少。

经检测，鉴定该工程抗震能力已不能达到乙类建筑的抗震能力，须进行抗震加固，由于该建筑为重点文物建筑，基础以上部位不得进行大面积的加固，只能在有限空间进行局部补强。为满足该建筑的特殊性要求，经过与传统的抗震加固方案对比，本次加固宜采用基础隔震加固。

1 工程概况

新疆人民剧场自1955年8月动工修建至1956年12月中旬完工，建筑面积为10 407.06 m2，地下室层高3.3 m，1层层高4.8 m，2层层高3.6 m，3层、4层层高均为3.3 m。建筑高约16 m；为典型的苏式建筑。该建筑的外立面如图1所示，PKPM整体计算模型如图2所示。

该建筑为苏式大空旷砖混结构，基础为条形基础，Ⅱ类场地，抗震设防类别：乙类，抗震设防烈度：8度(0.2g)，设计地震分组：第二组，场地特征周期0.4 s，设计基准期50年，使用年限30年，基本风压：0.6 kN/m2，地面粗糙度：B类。

2 房屋质量检测与加固方案的选择

2.1 检测结果

地基基础检测结果：该工程基底土质为沙砾，基础为浆砌片石条形基础，未发现基础不均匀沉降出现的结构裂缝等异常现象。承重墙体检测结果：承重墙体没有因承载力不足而引起裂缝及变形现象。抗震构造措施检测结果：该工程抗震构造符合原设计图纸要求，但不满足现行抗震规范的要求。

对该工程舞台检修平台及上口检查口进行检测：舞台设有四层检修平台及一层设备平台，二层检修平台顶板悬挑梁根部高度约235 mm，端部高度约300 mm，在梁底出现水平裂缝，裂缝宽度约0.4 mm；舞台检修平台检查口后期扩大，部分钢筋被割断，且未设置环梁进行加强。第三层检查口上人扶手与墙面锚固不到位，扶手松动，所有开洞洞口均为砖筋过梁。舞台东北角和东北角距屋架下弦约2.0 m墙体有碱损现象，高度约1.2 m，长度约6.0 m。舞台灯室上部屋架砌筑为悬墙，上部自由端建议后期采用混凝土压顶进行处理。

2.2 加固方案的比较与选择

2.2.1板墙加固墙体与钢构套加固梁相结合的方案

该方案以提高建筑物的整体抗震性能为出发点，对基础以上所有楼层的墙体、梁、板、柱等构件通过增大结构断面、设置钢筋网片以及外包钢等方法进行全面的加固，以满足结构抗震安全要求。该方法应用比较广泛，施工技术比较成熟，但结构创面大、工作量大、工期长,而且以“硬抗”的方式增加了结构自重和刚度，有时反而导致地震作用的加大,尤其是对于墙体的加固，复合面层与砌体的结合往往并不可靠，同时建筑内外墙面、水电及内装饰的恢复也增加了工程成本，通常北京地区加固成本在2 000元/m2以上，南京地区也在1 500元/m2以上。对于本工程的外墙，若采用单面加固，加固效果较难保证，而双面加固则势必影响建筑外观，这是本工程须避免的。

2.2.2基础隔震方案

基础隔震方案仅涉及底层地面以下，通过合理布设橡胶隔震支座设置隔震层，该支座竖向刚度很大，可以承受上百吨的荷载，水平刚度较小，只要有少量的水平荷载就发生变形，从而限制了传入到上部结构的地震力，使得上部结构在地震时处在弹性状态。

经合理设计，除隔震层以下部分按常规设计外，上部结构往往可按降低一度设防。采用基础隔震方案根据经验，2个～3个月内可完工；加固成本通常在1 000元/m2(建筑面积按常规工程测算)左右。

与板墙加固墙体与钢构套加固梁相结合的方案相比，基础隔震方案具有创面小、工期短、加固成本低的特点，且建筑外观及内饰可以完全得以保护。

2.2.3加固方案的确定

方案一：传统加固。

根据计算结果及构造要求，基础及基础以上主体均须进行加固处理，此方案将大面积破坏现有建筑及内部装修，对文物保护极其不利，甚至会破坏现有文物。

施工范围：全楼。

优点：加固工艺及施工方法简单实用性广，工程造价较低。

缺点：对建筑的外观破坏严重，对建筑物的使用功能破坏严重，施工创伤面积大，施工周期长。严重影响居民生产生活。施工湿作业面广，业主须进行停业配合施工，恢复性装修费用较高。

方案二：隔震加固。

基础隔震方案仅涉及底层地面以下，通过合理布设橡胶隔震支座设置隔震层，该支座竖向刚度很大，可以承受上百吨的荷载，水平刚度很小，只要有几吨的荷载就发生变形，从而限制了传入到上部结构的地震力，使得上部结构在地震时处在弹性状态(如图3所示)。

与板墙加固墙体与钢构套加固梁相结合的方案相比，基础隔震方案具有创面小、工期短，加固成本低的特点，且结构安全度高。

通过对比分析，拟采用基础隔震方法对其进行抗震加固，并对上部结构中的部分问题构件进行局部加固。

3 隔震加固

3.1 隔震层设计

本工程应用单梁和双夹梁来完成上部柱、墙荷载的托换。双夹梁配合扁担梁，施工方便，主要用于墙体下方荷载的托换；单梁施工较复杂，需要分段施工，本工程主要用于无墙下方隔震支座的连接。

墙体托换梁按照先内墙后外墙托换顺序原则进行，内墙托换采取先内横墙后内纵横墙进行托换，托换部位墙体拆除采用水钻静力方法进行。施工示意图如图4所示。

3.2 隔震分析

采用有限元分析软件ETABS对人民剧场建立了精确的三维隔震结构模型，如图5所示。

3.3 输入地震动及其评价

三维有限元分析模型建立完成后，按规范要求，选择5条天然地震动记录和2条人工波，利用ETABS非线性有限元软件对隔震结构进行了整体非线性时程分析，并与抗震结构进行对比。

提取有限元软件计算的结果，考察隔震前后结构自振周期、隔震前后底部水平向剪力、水平向减震系数等方面，可以发现隔震效果显著。结构采用隔震措施后，当减震系数不大于0.4时，根据规范上部结构可降低一度，即水平地震作用及抗震措施按7度(0.1g)采用。

4 结语

新疆人民剧场采用基础隔震加固，结果表明，采用隔震加固方案能够更好地满足文物需求以及提升其抗震性能。初步得到以下结论：

1)与传统抗震方案相比，基础隔震方案具有创伤面小、工期短，加固成本低的特点，此外不破坏建筑的外观，不影响建筑物的使用功能，非常适合应用于文物以及重要建筑的加固改造。

2)简单介绍了砌体结构中隔震支座在内外墙体下的布置。

3)基础隔震最大限度的保留了原结构的外观及内部装修，在此基础上，减少了建筑垃圾排放等一系列问题，响应了国家当前对于节约建材和减少建筑垃圾排放的倡导。