底部两层框架节能砌体隔震建筑结构施工技术分析

马刚

一、震害研究

1.震害的特征

灾害调查数据表明，大地震能够严重损坏底层框架砌体结构房屋。以我国唐山大地震为例，绝大部分的房屋底层框架部位都遭到破坏，尤其以柱顶与柱底的损坏最为严重。而发生在2008年的汶川大地震中，在重灾地区，包括汶川、北川等地，房屋破坏还是以底层框架砌体结构房屋损坏为主，底层框架柱的毁坏直接导致了其上面几层的破坏坍塌，最终致使房屋整体毁坏。

而建筑结构的上刚下柔是形成底层框架砌体结构房屋损毁局面的一个重要因素。此种房屋上层的纵墙和横墙的密度都比较大，造成重量偏高，同时侧向刚度也大幅度提高。但建筑物采用的是底层框架承重结构，纵墙和横墙的数量不多，导致侧向刚度低于房屋上层，最终建成了上刚下柔的建筑结构。一旦发生地震，刚度会沿着纵向发生变化，与此同时，侧向变形基本都是在底层发生的，相对来说，建筑其他层面的侧向变形非常弱。在出现地震的过程中，如果建筑的抗侧力构件的变性高于构件能够承受的极限值，势必会发生严重的损毁。

2.破坏类型

第一，结构承载力较低造成的破坏，亦或是变形过大形成的损毁。当地震来临时，地震力对建筑物产生作用，会导致房屋结构的内力急剧变化，结构变形逐渐严重化，最终出现由于结构承载力较低而出现破坏，或者是变形过于严重而发生损毁，具体会发生墙体裂缝、钢筋混凝土柱剪断等情况。严重时会房倒屋塌。随着地震力的巨大作用，若是房屋结构的振动变形超过允许范围，即使建筑物的主体结构没有发生破坏，然而墙体饰品等非结构构件也会出现掉落等现象；

第二，整体结构不稳定形成的损坏。众多结构构件彼此的连接与支撑确保了房屋结构体系的稳定。但是，一旦支撑结构失去效用，各个构件之间的连接不在牢固，都很容易造成房屋的稳定性大幅度下降，从而形成部分损坏，甚至会发生房屋倒塌；

第三，地基稳定性显著降低形成的破坏。由于地震力的巨大影响，地基的稳定性会急速下降，抑或是出现地基土液化的问题，继而形成建筑物坍塌的严重后果。

二、抗震概念设计

1.分析主要因素和设计思想

首先，主要因素。地震属于随机振动，呈现了鲜明的不确定性及复杂性，因此，迄今为止，人们还无法精准预测房屋遭受地震的特性以及参数。与此同时，从结构设计与结构分析角度出发来研究，因为不仅没有全面考虑空间作用及非弹性性质的因素，同时也没有对材料时效和阻尼变化等因素展开参考，所以不可以仅仅应用计算来提升房屋结构的抗震性能，而是需要围绕工程结构抗震的基本概念及理论的立足点，充分结合丰富的抗震经验来解决工程的抗震问题。概念设计的主要因素包括以下几点：第一，建筑场地的条件因素以及土质稳定性的高低；第二，房屋的平面布置和立面布置情况，房屋结构外形的尺寸大小；第三，采用何种抗震结构，如何布置抗侧力构件，结构刚度以及质量的布局情况；第四，非结构构件和主体结构之间的连接与支撑；第五，建筑材料的质量，施工过程的综合质量。

其次，设计思想。基本设计原则及设计理念是研究人员深入分析地震工程灾害与工程经验等总结出来的，因此，设计人员必须要依照基本设计原则和设计理念来设计并布置工程的结构，同时对工程结构的细节构造展开细化确认。在进行设计实践时，工作人员不仅需要校准能量输入、房屋体型和结构体系等情况，同时还应该对刚度分布和构件延性等方面进行准确把握，从源头对建筑结构的抗震薄弱部位展开进一步强化，此外，设计员还需要进行精准的计算，合理排布结构构造，以此大幅度提升房屋的抗震能力。除此之外，设计人员还应该重视房屋的关键细部结构，科学设计结构布置规划，从而有利于增强结构的抗震性能。

2.基本要点

首先，底部一层和两层框架之间的不同。在受力及变形方面，底部一层和两层框架之间存在较多的不同之处，底部一层框架的变形是剪切型抑或是剪弯型，而两层框架的变形是弯剪型。所以，底部两层框架应该严格以框架和中高剪力墙协同工作的方法科学的计算处于水平地震中的内力，但是若是继续沿用各抗侧力构件有效侧向刚度比例进行地震剪力的计算，很容易造成第二层柱配筋偏小的问题，继而大幅度提高安全隐患。与抗震结构体系相关的章程标准规定：第一，结构计算简图必须要准确，同时地震力传递途径要科学合理；第二，要求拥有较高的强度和耗能能力，并且具备高度的变形能力；第三，刚度及强度的分布要合理，以此有效防止发生塑性变形集中、形成超高的应力集中等现象，此外，工作人员还应该积极采取科学的措施强化薄弱部位的抗震性能。

其次，基本原则。第一：结构布置的原则。1）房屋结构上层的剪力墙和底部的剪力墙之间必须要对齐；2）对于房屋的底部来说，应当在纵向及横向均设置剪力墙，同时注意剪力墙之间需要均匀布置；3）针对底层框架剪力墙房屋而言，沿着纵向与横向两个方向，当处于6度至7度之间，第二层和底层侧向刚度比值不得超过2.5；当处于8度时，要求在1.0至2.0之间；4）在设计底部两层框架剪力墙房屋时，在纵横两个方向，底层及底部第二层的侧向刚度应当基本保持一致，而第三层和底部第二层侧向刚度的比值，当处于6度和7度之间，应当小于等于2.0；一旦达到8度，比值则变为1.0至1.5之间；

第二：楼盖构造的原则。1）应该使用现浇钢筋混凝土板制作过渡层的楼板，要求板的厚度超过120mm，同时注意所开的洞口的尺寸要小，数量尽可能减少，如果洞口的尺寸超过800mm，则需要合理的设置洞口边梁；2）在其他楼层中，若是楼板运用装配式钢筋混凝土板时，必须要安装现浇圈梁，而如果是设计成现浇钢筋混凝土板，允许不设置圈梁，然而在楼板沿外墙周边，必须要加强配筋，同时连接构造柱。

三、隔震设计实例

隔震设计原理和隔振器布置隔震层的设置具体包括两种类型，即基础隔震、层间隔震，因为基础隔震的实用效果要远高于层间隔震，因此底部两层框架节能砌体隔震建筑结构运用的是基础隔震。简单来讲，基础隔震的设计原理就是指在房屋结构基础和上层结构的中间添加隔震层，从而将整体结构清晰的划分为两个部分。此外，鉴于隔震层厚度较小，同时侧向刚度非常低，在通常情况下，只是上层结构侧向刚度的150至1150，从而延长了上层刚度的基本周期，基本是超过1.5s。一旦突发地震，因为隔震层的侧向刚度与上层结构的刚度具有较打的差距，会导致整体建筑的水平变形在隔震层集中出现，进而大幅度降低了地震力对上部结构的作用，最终对房屋结构形成有效的保护。一般来说，建设单位大多会选择铅芯橡胶隔震支座来作为隔震器，与此同时，注意要在柱子上设置隔震支座，让隔震支座的形心及柱截面的形心保持一致。

四、实例分析隔震构造措施

通过深入分析实际案例能够得知，隔震建筑构造措施的要点是必须要确保在地震中，建筑结构内的隔震层可以出现相对位移。所以，在隔震支座的周边不得存在阻挡物，同时隔震层上下两部分结构之间需要留有隔离缝，而隔震结构以及局部非隔震结构应该托开，除此之外，还应当采用柔性接头来连接隔震层的管道。

首先，若是想要在地面标高的下面安装隔震支座，施工人员需要依着房屋建筑的四周都留有隔震缝，同时房屋结构的悬挑部分和地面之间应该是托开的；其次，在隔震层的上面建筑物的周边，在少于20cm的范围内，不能有任何的阻挡物体，从而确保隔震层的位移空间充足。

五、楼梯处理实例及管道和避雷设备连接的实例

1.楼梯处理

工作人员一定要清晰分开结构外部的非隔震楼梯以及隔震主体，并且非隔震楼梯的扶手和隔震部分的扶手之间应该是错开的，从而有效避免地震发生时，对位移形成制约，或者是二者出现碰撞的问题。

2.管道和避雷设备的连接

工作人员应该使用柔性连接纵贯隔震层上下两部分的水管。此外，还需要充分运用绕曲柔性连接贯穿隔震层的电气和通信系统的配线，同时留存一定长度的配线，一般多余长度要超过40cm。

六、底部两层框架节能砌体隔震建筑结构经济效益分析

采用底部两层框架节能砌体隔震建筑结构，能够有效地节约资源，在保证抗震设防烈度的前提下有效地节约建筑成本，达到节能降耗的目的，获得更高的经济效益与社会效益。采用中高烈度设防，底部两层框架节能砌体隔震建筑结构的成本的钢筋用量大为减少，同时也减少了构件尺寸，降低建筑造价100元/m2,与此同时，由于多出了一层大空间，可以作为商业建筑面积，收入高于住宅1000元/m2。

七、结语

综上所述，经过多年的研究，我国的隔震技术水平进一步提升。砌体结构属于脆性结构，具有刚度大、强度低、延性差的特点，但抗震能力则相对较差。而在建筑中应用隔震技术，可以有效的降低建筑上部结构的地震作用，不但可以提高建筑的安全性与耐久性，而且不会造成造价的增加，底部两层框架节能砌体隔震建筑作为一种新兴的设计，具有更好的发展前景。