隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)分析

1、建筑與預(yù)算月刊第6期總第206期2013年隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)分析劉永前魯恩僑摘要本文結(jié)合現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2001)，介紹了隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則、計(jì)算模型、隔震層的設(shè)計(jì)等；簡要分析了隔震結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和震后經(jīng)濟(jì)效果；表明隔震結(jié)構(gòu)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。關(guān)鍵詞隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)分析1引言中國是世界上地震災(zāi)害嚴(yán)重的國家之一，僅20世紀(jì)發(fā)生的破壞性地震達(dá)數(shù)千次，給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來了巨大的損失。為減輕地震災(zāi)害，

2、我國的地震工程工作者多年來一直致力于提高建筑抗震性能的研究，進(jìn)入上世紀(jì)八十年代，隔震研究逐漸在我國得到重視，各地先后建造了隔震試點(diǎn)工程，并取得了良好的效果。隔震結(jié)構(gòu)是在建筑物的適當(dāng)位置設(shè)置隔震層，通過隔震層將地震作用隔離，從而保護(hù)上部結(jié)構(gòu)的一種被動的減震結(jié)構(gòu)形式。隔震結(jié)構(gòu)根據(jù)隔震層所在的位置不同可以分為基礎(chǔ)隔震、層間隔震和屋蓋隔震結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)隔震技術(shù)是目前工程中應(yīng)用最多的一種減震控制技術(shù)Ⅲ。與傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系相比隔震結(jié)構(gòu)體系具有減輕結(jié)構(gòu)

3、地震反應(yīng)、提高地震時結(jié)構(gòu)的安全性、保護(hù)內(nèi)部儀器、可對建筑物進(jìn)行隔震改造加固等優(yōu)點(diǎn)[21。本文就隔震建筑物的設(shè)計(jì)及其經(jīng)濟(jì)效益等問題進(jìn)行研究。2隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)21隔震設(shè)計(jì)的原則多層砌體和鋼筋混凝土框架等結(jié)構(gòu)類型的房屋，采用隔震設(shè)計(jì)時應(yīng)符合下列各項(xiàng)要求：(1)結(jié)構(gòu)體型應(yīng)基本規(guī)則，體型復(fù)雜結(jié)構(gòu)采用隔震設(shè)計(jì)，宜通過模型試驗(yàn)后確定。(21建筑場地宜為I、Ⅱ、Ⅲ類，并應(yīng)選用穩(wěn)定性較好的基礎(chǔ)類型。f3)風(fēng)荷載和其他非地震作用的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的總水平

4、力不宜超過結(jié)構(gòu)總重力的10％。(4)地震作用以外的荷載，按常規(guī)設(shè)計(jì)。(5)計(jì)算地震作用時，水平向地震影響系數(shù)最大值按非隔震結(jié)構(gòu)情形水平地震影響系數(shù)的最大值和水平向減震系數(shù)的乘積確定，且隔震后結(jié)構(gòu)的總水平地震作用不得低于非隔震結(jié)構(gòu)在6度設(shè)防時的總水平地震作用；但豎向地震影響系數(shù)最大值不應(yīng)降低。(6)隔震層以下結(jié)構(gòu)(包括地下室)的地震作用和抗震驗(yàn)算，應(yīng)采用罕遇地震下隔震支座底部的豎向力、水平力和力矩進(jìn)行計(jì)算。隔震建筑地基基礎(chǔ)的抗震驗(yàn)算和地基

5、處理仍應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度進(jìn)行。22隔震層的設(shè)計(jì)221隔震層位置的確定隔震層設(shè)置在結(jié)構(gòu)第一層以下的部位。隔震層剛度中心宜與上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心重合。222隔震墊的數(shù)量、規(guī)格和布置1)橡膠隔震支座應(yīng)設(shè)置在受力較大的部位即框架柱下。在布置時，一般均在每個柱下布置一個橡膠隔震支座，但當(dāng)上部結(jié)構(gòu)跨度較大，布置一個橡膠隔震支座的承載能力不夠時，可增大短柱和承臺面積，布置多個橡膠隔震支座。2)要考慮隔震墊是否滿足極限水平位移和極限承載力的要求。23

6、隔震結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型一45—2013年第6期總第206期隔震結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型有單質(zhì)點(diǎn)模型和多質(zhì)點(diǎn)模型。(1)單質(zhì)點(diǎn)模型本模型假定上部結(jié)構(gòu)為剛體，由此計(jì)算水平地震作用下隔震層的反應(yīng)，該模型可在估算時采用。(2)多質(zhì)點(diǎn)模型在設(shè)計(jì)過程中以及準(zhǔn)確地對結(jié)構(gòu)動力特性進(jìn)行分析時多采用多質(zhì)點(diǎn)模型。該模型將隔震層作為第～層，同時將上部結(jié)構(gòu)各層質(zhì)點(diǎn)化，據(jù)此可求出隔震層以及上部結(jié)構(gòu)各層的反應(yīng)。利用該模型進(jìn)行隔震結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算時采用時程分析法、結(jié)構(gòu)采用多質(zhì)點(diǎn)體系的剪

7、切型計(jì)算模型宅樓均采用隔震結(jié)構(gòu)，在安全系數(shù)相同時，隔震結(jié)構(gòu)后每平方米節(jié)約造價55％和45％I。32震后經(jīng)濟(jì)效果分析隔震結(jié)構(gòu)的重要特點(diǎn)之一是強(qiáng)烈地震發(fā)生時，上部結(jié)構(gòu)基本處于彈性階段。隔墻、內(nèi)部裝修、儀器等出現(xiàn)輕微損壞或不損壞，結(jié)構(gòu)的完好率遠(yuǎn)大于非隔震結(jié)構(gòu)，采用隔震技術(shù)的建筑直接經(jīng)濟(jì)損失低于傳統(tǒng)抗震建筑的30％，大大降低了地震所帶來的經(jīng)濟(jì)危害。同時，由于建筑物完好率較高，強(qiáng)震后維修費(fèi)用少，導(dǎo)致的受災(zāi)面積、死亡及傷殘人數(shù)勢必減少。而地震所引發(fā)

8、的次生災(zāi)害、城市癱瘓、社會長期動蕩不安[61等是用金錢無法衡量的。隔震結(jié)構(gòu)在震后體現(xiàn)出顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。3隔震結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)分析4結(jié)語31技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益比較目前隔震結(jié)構(gòu)普遍應(yīng)用于相對重要的建筑物中。在大量的建筑物中應(yīng)用的成本問題是隔震技術(shù)是否能推廣的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)抗震建筑相比，隔震建筑需增加一些設(shè)施，如隔震構(gòu)件、消能機(jī)構(gòu)，隔震層上下樓面等，但由于采用隔震結(jié)構(gòu)后，上部結(jié)構(gòu)的地震作用大大減少，柱子和墻體等抗側(cè)力構(gòu)件截面明顯減小，框架結(jié)構(gòu)梁柱

9、鋼筋減少，梁柱節(jié)點(diǎn)施工難度降低。而且對于砌體結(jié)構(gòu)，其跨度、高度、層數(shù)都可明顯增大，對全國大多數(shù)城市來說，城市郊區(qū)的房屋開發(fā)，土地費(fèi)用占總開發(fā)成本的30％左右，市中心區(qū)已經(jīng)總開發(fā)成本的50～60％。某些資料表明：在美國，隔震造價偏高，提高約3％～7％：在日本隔震結(jié)構(gòu)也約高于傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)。我國汕頭、廣州、西昌等地建造的多層隔震房屋節(jié)省土建造價約1％一20％，其中7度區(qū)1％一3％，8度區(qū)5％～15％，9度區(qū)10％一一20％拉]。位于北京燕郊的

10、國家強(qiáng)震動觀測中心科研辦公樓、吉林松原社會保險(xiǎn)公司住隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則明確、計(jì)算模型簡單、隔震層的設(shè)計(jì)思路清晰，便于廣大設(shè)計(jì)人員掌握。隔震結(jié)構(gòu)與非隔震結(jié)構(gòu)比較，在安全系數(shù)相同時，工程費(fèi)用減少，震后的損失亦減少：表明隔震結(jié)構(gòu)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，應(yīng)予以大力推廣。參考文獻(xiàn)【11武田壽一《建筑物隔震防振與控振》【M]葉列平譯北京：中國建筑工業(yè)出版杜，1997[2]周福霖《工程結(jié)構(gòu)減震控制》【M]北京：地震出版社，1997[3】中華人民

11、共和國建設(shè)部《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》fGB500112OO1)[S]中國建筑工業(yè)出版社，2001【41中國房地產(chǎn)估價師協(xié)會編《房地產(chǎn)開發(fā)經(jīng)營與管理》【M]中國物價出版社2001【5]郭起劍等應(yīng)用基礎(chǔ)隔震技術(shù)的建筑工程造價分析『J1世界地震工程，2006，22(4)；116—120【6]安徽省地震局編《中外典型震害》[M】地震出版杜1996作者簡介劉永前(1966)，男，高級工程師，主要從作者單位遼寧建筑職業(yè)學(xué)院事教學(xué)工作。收稿日期2013—