学校建筑隔震支座技术运用探讨

柴旭晖

甘肃省第五建设集团有限责任公司 甘肃 会宁 741000

建筑隔震技术是设置在建筑物下部和上部之间的隔震层，隔震层水平刚度较小、竖向刚度较大的情况下，能够在发生地震时耗散、吸收地震的能量，从而达到减震的作用，是较为有效的建筑抗震技术。2021年9月1日，《建设工程抗震管理条例》正式实施，其中明确了村镇居民、核电厂、砌体、大跨屋、高层隔震等建筑的隔震设计方案，也为历史古迹、古老房屋的隔震基础提供了新的解决方案。

本文以某职业技术学院为案例，重点分析学校建筑隔震支座技术的原理和应用，并从政府管理、建筑施工单位的层面提出推广应用隔震支座技术应用的具体对策，具有一定研究价值。

1 隔震支座技术概况

1.1 基本原理

建筑结构隔震技术是在建筑结构的中下部之间增加隔震结构，以此使自己振周期变长，通过阻尼作用减小地震时建筑结构的响应。建筑结构隔震技术可以使建筑结构更牢固、安全，增强建筑结构震后的恢复功能，其原理如图1所示。

图1 基础隔震技术原理

1.2 技术分类

本文对建筑隔震支座技术的分类进行详细介绍，主要包括三种，即：半主动隔震支座、三维隔震（振）支座、抗拉隔震支座。

目前，普遍使用的建筑隔震支座抗拉能力不能有效抵抗地震时建筑结构出现倾斜的影响。在常用隔震制作基础上，对抗拉隔震支座进行改进，能够有效增强隔震支座的抗拉能力，并降低对其承压和水平隔震能力的影响。根据抗拉隔震支座的结构，能将其分为四类，如表1所示。

表1 抗拉隔震支座的主要类型

1.3 三维隔震（振）支座

由于轨道交通导致的建筑震动通常为垂直方向，为了降低轨道交通对附近建筑的震动，可借助竖向减震技术。尤其是核电站等建筑，对竖向隔震性能也有较高要求，需增加竖向刚度偏弱的隔震支座。

发生地震时，竖向隔震（振）在水平方向上会储层手倾覆力矩，竖向隔震（振）支座两侧的结构会在拉力作用下发生形变，会引起隔震支座的摇晃、破坏。竖向隔震（振）支座竖向刚度能够使轨道交通、地震引起的震动响应减小，借助水平隔震能够使地震水平方向上的影响降低，使倾覆力矩降低，不会出现结构晃动。按照变形结构和原理，能将三维隔震（振）支座分成两类，即：组合型、单一型，如图2所示。

图2 三维隔震（振）支座的分类

1.4 半主动隔震支座

半自动控制、主动控制是一种新型的震动控制技术，该技术在建筑结构震动结构设计中，引入现代控制领域的智能控制、自适应、路鲁棒性、最优控制等结构震动控制技术，能够在能量输入有限的基础上，根据自身结构响应和外部扰动对控制装置的参数进行调节，对建筑结构的震动响应有明显的抑制作用。该类控制技术能够解决常规被动控制技术产生的问题和不足。半主动隔震支座是在建筑结构隔震设计中使用半主动控制，对于上部结构的地震响应和隔震层的位移都能起到一定的抑制作用。

半主动控制隔震支座的技术有两类，即：调整隔震结构的刚度和阻尼，如表2所示[1-3]。

表2 半主动隔震支座类型

2 学校建筑隔震支座技术运用案例

2.1 工程概况

某职业技术学院8号、9号学生公寓楼项目，总建筑面积为15532.09平方米，其中地上建筑面积为13208.81平方米（8#宿舍楼6241.93平方米、9#宿舍楼6280.30平方米、连接体500.10平方米、服务用房186.48平方米），地下建筑面积为2323.28平方米。

项目地上建筑包含东西两栋六层宿舍楼，中间为二层连接体，地下一层，建筑高度22.20米，地上层高均为3.60米，地下层高为4.20米。服务用房地上2层，层高为3.6米，建筑高度7.35米。

抗震设防烈度为八度；地上耐火等级为二级，地下耐火等级为一级。屋面防水等级为二级，建筑设计使用年限为50年。该项目使用各型号隔震支座共计84套。

2.2 抗震方案

某职业技术学院8号、9号学生公寓楼项目抗震级别为乙类，按照《建筑工程抗震设防分类标准》的规范，应根据该区域内抗震设防烈度8度的要求进行抗震、隔震施工。地震分组是三组，水平系数最大值0.16，加速度0.3g。

某职业技术学院8号、9号学生公寓楼项目采用减隔震的隔震设计方案，根据地震水平系数0.08，根据设防烈度确定抗震等级并控制轴压比，隔震层上方结构抗震等级为二级。

根据某职业技术学院8号、9号学生公寓楼项目平面不规则、结构立面等结构特点，减隔震设计方案如下：

（1）结合建筑结构不同区域之间受力分布的改变和层间位移的变化特性，评估受力特征的负面影响，通过加强手段和减震措施，根据平扭耦联计算扭转效应，在计算时考虑双向水平地震、偶然偏心等；（2）当预设水平作用存在时，控制结构的楼层位移比小于1.5；（3）将楼层侧移刚度的控制在相邻三个楼层平均侧移刚度的80%或相邻两个楼层平均侧移刚度的70%；（4）增加电梯间四周板的厚度，配备双层、双向配筋，使楼板的配筋率增加。

2.3 教学楼构造分析

按照《建筑抗震设计规范》规定的预设标准，根据扭转耦联时纵向、水平方向上的平动系数、扭转系数和振动周期，计算柱的轴压比，使其均值不大于0.65，保证建筑结构的延性良好。保证建筑的各指标符合抗震规范，柱、梁没有超限的情况。在地震发生时，使建筑结构的地震响应控制在预设范围内，地震力、周期、自振位移等指标符合相关标准，属于正常范围内。

经综合评估，根据某职业技术学院8号、9号学生公寓楼项目整体结构设计合理，抗震设计方案科学、有效。

2.4 减隔震设计

结合建筑实际使用、结构和抗震功能设计的需求，在楼板（±0.00m）下方的1米和-1.6米处分别放置隔震支座，隔震层的高度分别为1米和1.6米。将基梁、基础承台放在下支墩和隔震层下方。

设计建筑结构各层刚度时，要保证隔震层下方和上层建筑结构在水平方向上的刚度远高于隔震支座水平刚度；建筑结构上层的水平刚度要远小于隔震支座上方梁板、砼隔震支墩的水平刚度；隔震层上层结构的重量由全部由隔震层下方结构支撑，建筑整体结构和各指标满足隔震设防地震预设承载力、嵌固刚度比的标准，计算抗剪承载力需要根据罕见地震的情况参考。

设计减隔震结构之前，要验证计算模型的准确性和可靠性，可将模型的结果与PKPM（Satwe）模型对比，保证计算结果的准确。

2.5 抗震评估

根据建筑物产地类别和预设地震分组，采用时程分析法模拟人工进行加速度并记录强震数据，观察时程平均反应谱，并将其与标准反应谱进行对比。当二者相似时，表明项目的减隔震设计达到标准规范的要求[4-6]。

3 隔震技术在学校建筑应用推广的建议

3.1 政府职能部门

3.1.1 建设行政主管部门

①大力普及和宣传建筑减震的有关知识，提升行政部门的认知度；②组织临高、员工到隔震建筑工地进行实地参观，为员工提供隔震技术培训；③将隔震工程案例、专项审查资料等保存入库，建立隔震技术专家库、隔震项目资料库。

3.1.2 城市规划管理部门

①在城市赈灾中，隔震建筑期得到了应急指挥和救护的作用，所以应积极支持建设隔震建筑;②应参照《建筑工程建筑面积计算规范》(GB/T5053—2013)中明确的记录了建筑中隔震层的面积，由于其是用于检修的，所以并不将其计入容积率和建筑面积。按照建设单位要求，开放架空隔震层。

3.1.3 工程造价管理部门

①按照隔震建筑的结构和性质，编制配套构建、预埋件、隔震支座的清单；②在工程造价里体现由于隔震层施工工期延长而额外付出的成本。

3.1.4 工程质量监督机构

①按照国家标准、规程和规范，聘请专家为员工提供隔震技术讲座；②按照相关规范进行柔性连接、预留隔震沟（缝）、第三方检测等隔震层防火和结构。

3.2 建设相关单位

3.2.1 建设单位

①聘请相关专家在建设前为建设单位的员工提供隔震设计的咨询，评估项目技术、经济可行性；②探索、研究建筑隔震技术的应用，尽量缩短工期、减少投资、降低风险。

3.2.2 建筑设计单位

①聘请相关专家为设计单位的员工提供隔震设计相关的培训，提升技术水平；②协调好各工序，包括柔性管线、给排水、电气、隔震层关键节点的结构等。

3.2.3 工程施工单位

①聘请相关专家为施工单位的员工提供隔震技术、隔震建筑施工相关的培训，到隔震技术成功应用的地区进行实地调查，提升隔震建筑施工技术水平；②根据国家规范、标准和项目实际情况，编制隔震层施工方案；③与支座安装团队进行技术沟通，试安装预埋件；④聘请专业团队安装。

3.2.4 工程监理单位

①聘请相关专家为质检部门的员工提供隔震技术、隔震建筑施工相关的培训，到隔震技术成功应用的地区进行实地调查，提升隔震建筑施工监督质量；②根据项目实际情况，编制隔震层施工标准、监理规划；③安装隔震支座过程中采用旁站工作方式；④取样隔震支座后送检。

3.2.5 隔震装置生产企业

①根据隔震结构制造标准、规范进行生产、设计；②按照合同提供服务，保证隔震层质量；③明确隔震层各结构的尺寸、参数，符合施工需求。

3.2.6 建筑使用单位

①明确建筑中隔震结构、隔震层的必要性，避免私自改造各镇层附近的节点，导致隔震层在水平方向上发生变形；②维护、管理、使用隔震建筑的规范制度[7-10]。

4 结论

在各种自然灾害中，地震较为常见，且对人类生命安全带来较大威胁。在学校建筑中合理运用减隔震技术，能够增强学校建筑质量。按照抗震标准设计建筑减隔震层，能够增强学校建筑的可行性和有效性。