淺析隔震建筑及橡膠隔震支座在建筑設計中的運用

1、<p>　　淺析隔震建筑及橡膠隔震支座在建筑設計中的運用</p><p>　　摘要：文章首先釋義了什么是隔震建筑及橡膠隔震支座的隔震原理，接著簡述了橡膠隔震支座在建筑設計中運用的一個實例。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：隔震建筑；橡膠隔震支座；設計中的運用 </p><p>　　Abstract: this article is about what is

2、 the Seismic isolation building and the isolated principles of seismic isolation rubber pedestal. To illustrate the principle, this article also gives an example of seismic isolation rubber pedestal how to apply in archi

3、tectural design. </p><p>　　Key words: Seismic isolation building; seismic isolation rubber pedestal; architectural design application </p><p>　　中圖分類號：TU2文獻標識碼： A 文章編號：2095-2104（2012）06-0020-02 &

4、lt;/p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　地震是人類社會面臨的最嚴重的自然災害之一。地震留給社會最慘烈的一幕莫過于建筑物的破壞和倒塌。近十年來，全世界平均每年約有一萬人在地震中喪生，五十萬人無家可歸?！皽p輕地震災害”已經(jīng)成為一項世界關(guān)注的問題。目前，一種用以柔克剛新理念建造的隔震建筑，正在日益受到人們的關(guān)注。 </p><p&

5、gt;<b>　　2什么是隔震建筑 </b></p><p>　　隔震建筑是在建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎之間設置一層由建筑隔震支座組成的隔震層,把房屋上部結(jié)構(gòu)和基礎分開,起到隔離和吸收地震能量以阻止其向上部建筑物傳遞的作用,達到強震時建筑物只做輕微平動,保建筑物的安全。 </p><p><b>　　3隔震原理 </b></p><

6、p>　　傳統(tǒng)的抗震是將房屋上部結(jié)構(gòu)和地基牢牢地連在一起，地震時地面運動的能量經(jīng)過地基毫無障礙地傳輸?shù)缴喜糠课萁Y(jié)構(gòu)，使房屋發(fā)生震動和變形，當結(jié)構(gòu)變形過大，達到某個極限時，房屋便發(fā)生破壞甚至倒塌。由建筑隔震支座組成的隔震層，能隔斷地震時產(chǎn)生的能量向地上建筑物的傳輸途徑，通過隔震層有效的吸收地震能量，使建筑物的固有周期避開地震最高能量的短周期。從而達到“ 地動而房不搖 ”。大幅度減少建筑物的地震響應，避免結(jié)構(gòu)損壞，地震沖擊波過后建筑物

7、能迅速復位，確保建筑物震后正常使用。 </p><p>　　橡膠隔震支座在建筑設計中的運用 </p><p><b>　　4.1工程概況 </b></p><p>　　攀枝花市米易縣公安局機關(guān)業(yè)務用房和公安指揮中心工程，該項目為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑類別為丙類建筑。建筑總高度為22.0m，總建筑面積為8963.2m2，地上5層，地下1層。地下

8、一層層高5.7m，地上一層層高4m，第二層與第五層層高4.5m，第三層與第四層層高4.2m。 </p><p>　　4.2抗震設計參數(shù) </p><p>　　4.2.1 設防烈度 </p><p>　　該建筑場地的抗震設防烈度的7度(基本地震加速度為0.10g)。 </p><p>　　4.2.2 場地類型及地震分組 </p>

9、<p>　　建筑場地為Ⅱ類三組，場地特征周期Tg = 0.45s。 </p><p>　　4.2.3 地震波加速度峰值 </p><p>　　多遇地震時加速度峰值取為35.0 cm/s2 ，罕遇地震時加速度峰值取為220.0 cm/s2 </p><p>　　4.2.4 減震目標 </p><p>　　采用隔震技術(shù)使上部結(jié)構(gòu)的地震響

10、應降低一度，即將設防烈度降至6度（0.05g），改善結(jié)構(gòu)的抗震性能，同時保證在風荷載和微小地震下上部建筑不產(chǎn)生微小振動，提高建筑的安全性能和舒適性。 </p><p><b>　　4.3隔震方案 </b></p><p>　　通過對建筑、結(jié)構(gòu)施工圖的分析研究，將隔震層設置在一層底面（-4.600m）以下，地下室（基礎）以上，在一層柱底面（基礎頂面）安裝一個或多個建筑隔

11、震支座，將上部結(jié)構(gòu)與其下部結(jié)構(gòu)隔開，以達到隔離地震能量、減小上部結(jié)構(gòu)地震作用的目的。隔震支座位置按以下原則確定： </p><p>　?。?）隔震支座若放置在地下室柱頂面上，其形心應與柱截面形心重合；若放置在基礎柱頂面，其形心應與柱截面形心重合。 </p><p>　　（2）隔震支座頂面標高的確定原則：不同規(guī)格的隔震支座其頂面宜設計在同一標高上。具體確定方法為：由一層地面結(jié)構(gòu)標高減去隔震層

12、梁板中最大一根梁的高度。（若地下室地面的結(jié)構(gòu)標高是-4.600m，假設隔震層梁板中最大一根梁的高度為0.700m，那么支座的頂面標高即為-5.300m）。 </p><p>　?。?）隔震支座底面標高的確定：由隔震支座頂面標高減去兩塊連接鋼板的厚度，再減去支座的高度即為支座底面標高。 </p><p>　　4.4隔震支座布置 </p><p>　　根據(jù)PKPM計算文

13、件，提取出每根柱在一層底板下的最大軸力組合值，然后參照《建筑抗震設計規(guī)范》（GB 50011-2010）第12章第12.2.3條丙類建筑中隔震支座平均壓應力限值應小于等于15.0Mpa的規(guī)定，確定出每個隔震支座的直徑。本工程采用的隔震支座有LNR500型（普通疊層橡膠支座）、LRB600型（鉛芯疊層橡膠支座）、LNR800型（普通疊層橡膠支座）共三種型號，數(shù)目以及支座參數(shù)詳見表1。支座外形尺寸及其連接鋼板尺寸由生產(chǎn)廠家提供。 </

14、p><p>　　表1隔震支座信息匯總 </p><p>　　5結(jié)構(gòu)計算模型的正確性驗證及隔震結(jié)構(gòu)的地震響應分析 </p><p>　　采用CSI ETABS三維非線性結(jié)構(gòu)分析軟件（該軟件是三維建筑結(jié)構(gòu)分析的專用軟件），建立隔震和不隔震計算模型，驗證其計算模型的正確性并對隔震模型和不隔震模型進行多遇地震下的時程分析，并進行比較。得到以下結(jié)論 </p><

15、;p>　　采用基礎隔震后，結(jié)構(gòu)的周期延長了2.0倍多，地震作用大為減??；隔震后，結(jié)構(gòu)的水平位移集中在隔震層，基底剪力、層間加速度大大減小，結(jié)構(gòu)呈平動型； </p><p>　　隔震結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的層間剪力比值為0.270<0.300<0.400，因此，上部結(jié)構(gòu)的地震響應降低一度，結(jié)構(gòu)的抗震性能得到改善。 </p><p>　　罕遇地震作用下隔震支座變形值均小于隔震支

16、座容許水平位移； </p><p>　　隔震支座豎向抗壓承載力和抗拉承載力均滿足規(guī)范要求，不會出現(xiàn)傾覆。 </p><p>　　隔震后水平地震作用計算的水平地震影響系數(shù)按（《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）12.2.5）中的公式 </p><p>　　計算，其中為水平向減震系數(shù)，對本工程其值為0.300,； </p><p>　

17、　為調(diào)整系數(shù)，對橡膠支座取0.80； </p><p>　　得出隔震后水平地震作用計算的水平地震影響系數(shù)： </p><p><b>　　6隔震層施工 </b></p><p>　　6.1隔震支座上部樓板與節(jié)點設計 </p><p>　　6.1.1 隔震層與上部結(jié)構(gòu)的連接 </p><p>　　隔

18、震層頂部應設置梁板式樓蓋，隔震支座的相關(guān)部位應采用現(xiàn)澆混凝土梁板結(jié)構(gòu)，以加強隔震層的整體性，現(xiàn)澆板厚度不應小于160mm。隔震層頂部梁、板的剛度和承載力，宜大于一般樓蓋梁板的剛度和承載力。并且隔震支座附近的梁、柱應計算沖切和局部承壓，加密箍筋并根據(jù)需要配置網(wǎng)狀鋼筋。 </p><p>　　6.1.2 梁柱節(jié)點設計 </p><p>　　為了保證隔震支座的安裝，建議隔震支座上部梁柱節(jié)點的最小

19、平面尺寸如表15所示。梁柱節(jié)點的高度至少應取隔震層最大一根梁的高度。梁柱節(jié)點的形狀參見“建筑結(jié)構(gòu)隔震構(gòu)造詳圖，建議梁在節(jié)點處要適當加強。 </p><p>　　表15 隔震支座上部梁柱節(jié)點的最小平面尺寸 </p><p>　　6.2隔震支座的連接與安裝 </p><p>　　6.2.1、主要連接構(gòu)造 </p><p>　　隔震支座上下各有一塊

20、鋼板，即上下連接鋼板。連接鋼板與支座通過埋頭螺栓連接。施工時先將錨固套筒預埋在下柱混凝土中，通過連接螺栓與支座連接；然后安裝支座上部錨固套筒，最后澆筑上柱混凝土。具體關(guān)系見圖14： </p><p>　　圖14 支座連接示意圖 </p><p>　　6.2.2、支座安裝施工說明 </p><p>　　（1）支座底部的中心標高偏差不大于5mm，平面位置的偏差不大于3m

21、m。 </p><p>　　（2）單個支座的傾斜度不大于1/300。 </p><p><b>　?。?）安裝次序： </b></p><p>　　1）加工螺栓、套筒和支座上下連接鋼板； </p><p>　　2）安裝螺栓套筒； </p><p>　　3）澆筑隔震支座下柱的混凝土，澆注過程中注意保

22、證螺栓套筒位置固定； </p><p>　　4）混凝土達到強度要求后開始安裝隔震支座。先將隔震支座與上下連接鋼板用埋頭螺栓連接好，再把下連接鋼板對準下部螺栓套筒，用螺栓連接固定。其次將上連接鋼板對準上部螺栓套筒，用螺栓連接固定，然后綁扎上部梁的鋼筋、支模、澆筑混凝土。 </p><p>　?。?）在支隔震層模板和澆筑混凝土時，對四周的隔震支座必須設置臨時橫向支撐，避免隔震支座發(fā)生水平位移。

23、 </p><p>　?。?）隔震支座連接板、螺栓外露部分及螺帽均應采取防銹處理。 </p><p>　　6.3其它注意事項 </p><p>　　通過隔震支座將下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)完全分隔開來，地震作用下，支座隔離了大部分地震能量，上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力大大減小，但是位移會有所增大。根據(jù)計算，罕遇地震下隔震層最大位移達到8.6cm?！督ㄖY(jié)構(gòu)抗震設計規(guī)范》（GB50011-2

24、010）12.2.7規(guī)定，為了使隔震支座完全發(fā)揮效用，上部結(jié)構(gòu)的周邊應設置豎向隔離縫，縫寬不宜小于各隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移的1.2倍且不小于200mm。根據(jù)此，需保證上部結(jié)構(gòu)能夠無障礙的發(fā)生200mm（最大位移值1.2倍）的平動。因此，施工中有以下主要注意事項： </p><p>　　1、若隔震支座不在同一標高處，為了更好的傳遞地震力，在錯開的位置宜加大節(jié)點截面，必要時可增設剪力墻。錯層處隔震逢不宜小

25、于200mm。 </p><p>　　2、隔震層如有砌筑墻不應阻礙隔震層自由平動，要留出200mm的隔震縫，參見圖15。 </p><p>　　3、連接上下部結(jié)構(gòu)的各種管道在穿過隔震層時需要采用柔性連接。 </p><p>　　4、采用鋼筋接地的避雷設備，應設置跨越隔震層的柔性接地配線，并留大于200mm的多余長度。 </p><p>　　5

26、、在建筑物四周200mm范圍內(nèi)不應有任何高度超過隔震層的物體，以保證地震時隔震層的水平位移不受限制。隔震支座頂面標高宜位于室外地平面以上，若位于地平面以下，則需要挖掘隔震溝，溝寬不小于200mm，并做好排水。 </p><p>　　6、通往地下的樓梯和一樓通往室外的踏步應該在隔震層標高處斷開。 </p><p>　　7、以上具體構(gòu)造詳見《建筑結(jié)構(gòu)隔震構(gòu)造詳圖》(03SG610-1)。 &l

27、t;/p><p>　　8、其它未竟事宜參見《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　1、 《建筑結(jié)構(gòu)隔震構(gòu)造詳圖》(03SG610-1) </p><p>　　2、 《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010） </p>&l