厦门市建筑隔震技术应用与分析

2019-12-23林希

福建建筑 2019年11期

林希

(厦门国贸地产有限公司福建厦门 361005)

0 引言

建筑结构隔震技术是一种以柔克刚的抗震设计新方法。近年来的地震破坏表明，隔震技术能够有效减少建筑物的地震响应，保证主体结构安全和重要仪器的正常运行[1-3]。隔震技术原理是通过在建筑物上部和下部结构之间设置水平刚度较小的隔震层，使结构自振周期延长，达到减少上部结构地震响应的目的。我国现行《建筑抗震设计规范》(简称《10版抗规》)(GB50011-2010)[1]明确了隔震技术的应用范围，并作出详细规定，当前我国又编制完成《建筑隔震设计规范》，并即将公布，将更大范围地推广隔震技术应用。根据中国建筑学会抗震防灾分会的统计，截至2018年年底，全国已建成了8000栋以上的隔震建筑，其中以云南和新疆省市为最多。福建省2009年开始较大力度推广建筑隔震技术的应用，截至2018年年底，已建成了30余栋隔震建筑，总建筑面积超过20万m2。

我国《建筑隔震工程施工及验收规范》(简称《隔震施工规范》)(JGJ360-2015)[2]已实施，部分省份编写了工程建设地方标准规程和图集[3]。国内外有关学者和工程技术人员对隔震工程设计、施工及管理、运营维护等进行了一系列的研究[4-9]。但在工程项目实施过程仍出现了不少问题：比如，设计单位对隔震构造设计处理不当，施工与监理单位对隔震技术不够了解，工程施工和隔震构造处理经常出现阻碍隔震层水平变形的现象，造成质量不合格和返工[5-7,10]，部分隔震工程在工程竣工后业主或者使用单位拆除和改变部分隔震构造，堵塞水平变形空间[10]。

工程实践表明，建筑隔震工程的工程设计、施工及管理、运营维护等，虽然有设计规范、施工规范及施工规程等的初步指导，但在工程施工过程中依然时常出现施工管理及工程质量问题。基此，本文以厦门市已建成几栋具有代表性的隔震建筑为背景，对隔震建筑设计、施工及后期维护阶段的现状进行调查，分析隔震技术应用过程中建设、设计、施工等参建单位存在的技术和管理问题，并基此对政府部门及参建相关单位提出改进建议，为日后的相关政策制定和隔震技术的推广应用提供参考。

1 福建省建筑隔震技术应用

福建省建筑隔震技术的应用，可以分为试点建设阶段、初步应用阶段和推广应用阶段3个阶段[6-7]。截至2018年，福建省建成的隔震建筑超过30栋，大多数为中小学、幼儿园等公共建筑，总建筑面积超过20万m2，部分统计数据如表1所示(由福州大学提供)。

表1 隔震建筑统计

由表1可以看出，自1998年起，隔震技术应用进入了试点建设阶段。2008年汶川地震后，在厦门市湖里区人民政府、福州大学、厦门市建设局的支持下新建了一批中小学、幼儿园等公共建筑，标志着建筑隔震技术进入初步应用阶段。目前，福建全省共有4个地市采用隔震技术，在建和已建成的超过30栋隔震建筑，标志着隔震技术在福建省进入了应用推广阶段[6-7]。

2 隔震建筑调研与分析

本文以厦门市已建成的3栋具有代表性的隔震建筑为背景[7-8]，进行隔震建筑设计、施工及后期维护阶段现状的调查分析。主要通过和建设单位、设计、施工和监理等参建单位主要负责人沟通交流，并进行实地调研的方式，找出隔震建筑从工程设计、施工以及后期运营维护等阶段存在的问题。

2.1 综合楼

2.1.1工程概况

该工程为厦门森林公安派出所综合楼，建设地点在厦门市同安区，5层办公建筑，建筑面积约2208m2，底层柱顶隔震形式，底层隔震层兼做停车库。抗震设防烈度7度(0.15g)，采用现浇框架结构，为乙类建筑。工程竣工后的北立面如图1所示。

图1 综合楼北立面图

2.1.2隔震设计和构造措施

隔震层布置了20个隔震支座，其中，8个LNR400、9个LRB500以及3个LNR600。隔震层施工如图2所示。

图2 综合楼隔震层施工

隔震构造是影响隔震建筑减震性能的重要因素[4-8]。该工程隔震构造照片如图3所示，隔震支座观察窗如图3(a)，支座节点附近需要预留足够宽度的水平和竖向隔震缝，如图3(b)，为适应隔震支座水平变形，该工程电梯井采用悬挂形式，悬挂电梯井及其剖面图如图3(c)和图3(d)所示。

(a)隔震支座观察窗 (b)水平和竖向隔震缝

(c)悬挂电梯井 (d)电梯井剖面图图3 隔震构造照片和详图

2.1.3工程经济性

该工程采用隔震设计后，上部结构隔震设计按7度(0.10g)进行设计，上部框架梁柱截面和配筋减少，造价降低约11.24万元。同时，由于隔震支座使用以及隔震层梁板厚度的增加，隔震层梁板以及下部结构造价有所增大[6]，工程造价最终增加约25.88万元，占土建造价的5.9%，各项费用差价如表2所示。

表2 工程费用差价

2.1.4存在问题

(1)最初采用基础隔震设计，增加了隔震检修层，减少了建筑的有效使用面积，建设单位不愿意采纳，一度想放弃隔震设计方案。经过多方协调，改用底层柱顶隔震形式，并将隔震检修层兼用为停车库，从而弥补了有效使用面积。

(2)施工过程，施工单位和监理单位对隔震技术不够熟悉，没有相关施工管理经验，因此延误了施工工期。此外，对隔震节点构造处理上较粗糙，例如在室内楼梯下部楼梯板与上部板间本应留设宽度足够的水平隔震缝，而施工单位处理的断缝使得上下梯板水平变形相互抵触，见图4(a)，后期采纳隔震技术咨询单位的建议，整改后见图4(b)。尽管施工单位在主体施工阶段根据设计要求，将室外楼梯与主体结构之间预留水平隔震缝，见图5(a)，但是在施工后期仍将室外楼梯与主体结构完全固接，见图5(b)，室外楼梯将阻碍地震时上部结构的水平位移[9]。

(a)整改前 (b)整改后图4 室内楼梯水平隔震缝

(a)施工阶段 (b)完工阶段图5 室外楼梯水平隔震缝

(3)工程竣工后不久使用阶段，建设单位擅自改造隔震层相关构造，由于对隔震建筑不了解，多处改造影响了隔震层的水平变形[9]。例如，穿越隔震层栏杆上下固定，栏杆中间没有断开(未留水平隔震缝)，见图6(a)；底层增设储藏间的窗框和隔震层梁紧密相连，没有留设竖向和水平隔震缝，见图6(b)；隔震支座不锈钢外围护被改为外墙面砖，见图6(c)。

(a)栏杆中间未断开

(b)未留设隔震缝

(c)支座外围护被改为外墙面砖图6 隔震构造被改造

2.2 幼儿园建筑

2.2.1工程概况

本文以康乐新村幼儿园工程为例，该幼儿园建设地点为湖里区，3层幼儿园建筑，局部4层，1～3层为教室，半地下室为隔震检修层，建筑面积3683m2，建筑高度14.3m，隔震检修层高度2.7m，抗震设防烈度7度(0.15g)，框架结构，采用基础隔震形式，乙类建筑。工程竣工的东南向立面如图7所示。

图7 幼儿园东南向立面图

2.2.2隔震设计和构造措施

根据工程设计，隔震层布置了45个隔震支座，其中，12个LNR500、21个LRB500、9个LNR600、3个LRB600。隔震层施工完成如图8所示。

图8 隔震检修层施工完成

该工程相关构造措施：室外坡道与主体结构留有一定空间的断缝，并将此处扶手改为锁链连接，如图9(a)所示；由于隔震支座自身耐火极限不能满足建筑设计防火规范的要求[7-9]，需要在隔震支座外包裹防火岩棉和阻火带，使支座达到可移动且防火防腐蚀的目的，如图9(b)所示；隔震缝填充聚苯板如图9(c)所示；为了防止雨水进入隔震沟，隔震沟上设有盖板如图9(d)所示。

(a)室外坡道扶手

(b)支座节点防火构造

(c)隔震缝填充聚苯板

(d) 隔震沟盖板图9 隔震构造照片

2.2.3存在问题

(1)施工过程，施工单位和监理单位对隔震施工首次接触不熟悉，隔震构造施工不规范，存在一些隔震建筑施工的典型问题，特别是支座节点施工反映了隔震建筑施工难点。比如，隔震支座节点混凝土浇筑质量差，如图10(a)所示；隔震支座下连接板与下预埋板没有紧密，且有空腔，如图10(b)所示。

(2)隔震构造方面，项目存在施工人员对隔震原理理解不到位，造成隔震构造缺陷。例如，室外台阶未与主体结构的入口挑板留有高差水平缝，将阻碍地震时建筑水平移动，如图10(c)所示。隔震层处有部分管道未采用柔性段连接，隔震层出现变形时将使管道断裂，如图10(d)所示。

(a)支座节点混凝土浇筑质量差

(b)下连接板与下预埋板未紧密

(c)室外台阶断缝堵塞

(d) 管道未采用柔性段图10 隔震构造不规范示例

2.3 中学教学楼

2.3.1工程概况

本文以厦门市湖里中学教学楼为例，该教学楼由3栋5～6层教学楼组成，其中1号教学楼，建筑长68m，宽10.2m，底层架空，2～5层为教学用房，建筑面积约4500m2，框架结构，底层柱顶隔震形式。隔震层层高为4.8m，底层采用框架柱带拉梁，竣工后的西南立面和底层如图11所示。

2.3.2隔震设计和构造措施

隔震层采用4个LNR500支座、6个LNR600支座、19个LRB500支座和3个LRB600支座。部分隔震构造如图12所示，穿越隔震层的给排水管道均用柔性连接段，如图12(a)所示；隔震支座节点如图12(b)所示；在隔震支座关键部位设置警示牌，标注可移动范围，如图12(c)所示。

(a)西南立面图

(a)穿越隔震层管线

(b)隔震支座节点构造

(c)隔震警示牌图12 部分隔震构造

2.3.3存在问题

(1)工程施工中，施工单位没有提前采购隔震支座，而支座生产周期约为45d，由此造成工期延误。此外，施工人员对隔震原理理解不足，造成楼梯段施工多次返工，如图13(a)、(b)所示；电线桥架横穿隔震缝，没有断缝处理，如图13(c)所示；竖向窗框横穿水平隔震缝顶部与隔震层梁固定，底部与下部墙体固定，未断缝影响隔震层水平位移，如图13(d)所示。

(a)没有断缝(第一次)

(b)面层阻碍(第二次)

(c)电线桥架横穿隔震缝

(d)窗框横穿隔震缝图13 部分隔震构造质量缺陷

(2)隔震支座生产厂家送至现场的部分支座上下连接板的锚筋长度和直径与施工图不符，如图14所示。生产厂家与施工单位在产品参数上未达成一致意见，设计单位和隔震技术咨询单位认为锚筋长度和直径应以施工图为准，这样才能满足设计规范[9]，最后部分支座上下连接板重新生产，因此造成工期延误。

图14 连接板锚筋

3 问题根由及应用建议

3.1 隔震技术应用的问题根由

(1)政府职能部门

建设行政主管部门：没有与时发布减隔震推广应用文件，缺乏工程建设地方标准，比如，关于隔震元器件产品、隔震建筑设计、隔震工程施工图审查、隔震工程施工和监督要求等。

规划管理部门：隔震检修层建筑面积计入总建筑面积，使得建筑有效使用面积减少；对建筑外观要求严格，没有考虑隔震建筑中隔震构造的外观处理。

工程造价管理部门：没有发布隔震建筑中隔震装置相配套定额，影响了工程款结算进度；对隔震层施工造成工期延长需增加的费用没有明确规定。

建设档案管理部门：建筑工程档案资料报备清单中，缺乏对隔震技术应用的针对性要求，没有建立起隔震工程档案管理制度，不利于隔震建筑后期管理和维护。

(2)各参建单位

建筑设计单位：大多数甲级建筑设计单位不承接隔震建筑设计，主要原因是隔震工程增加了隔震设计，但没有因此而增加相应的设计费用；其次，对隔震技术不熟悉，又没有相关的设计经验可借鉴。

施工图审查机构：具有资质的施工图审查机构不愿意承接隔震工程的施工图审查工作，原因是增加了隔震技术的审查工作，但没有增加审查费用。

施工与监理单位：对隔震技术不够熟悉，主要是在隔震构造方面经常出现阻碍隔震层水平变形的现象，经常产生质量不合格，从而造成返工。

隔震技术专业设计与配合单位：隔震建筑需要隔震技术专业设计与配合单位，国内目前提供此类专业设计服务主要是高校，建设单位需要支付约单体工程设计费的20%～25%作为隔震设计咨询服务费。

隔震装置生产企业：隔震装置生产企业经常出现与设计单位对结构设计内容的偏差，如隔震支座上下连接板尺寸和锚筋长度仅按企业标准制作，通常不满足结构设计要求。

业主与房屋使用单位：对建筑抗震的重要性认识不到位，不愿意增加隔震技术应用所需要的投资来提高结构的安全性；对隔震构造不了解，后期擅自对隔震层及其周边进行改造，影响隔震层的水平位移。此外，在使用中缺乏对隔震建筑针对性的维护管理，未设立相应的管理制度，无法应对环境变化、突发灾害等情况对隔震建筑造成的影响。