楊 樺, 羅 英, 李云飛

(中國水利水電第十工程局有限公司， 四川成都 610072)

地震是由于地殼運動，以波的形式傳遞到地面，是地面上原本靜止的建筑物受地震波的作用而產(chǎn)生振動，而在結(jié)構中產(chǎn)生內(nèi)力、變形和位移，結(jié)構因此會遭受破壞。地震作為一種突發(fā)性的自然現(xiàn)象，雖然說是不可避免，但隨著社會的進步以及科技的發(fā)展，建筑抗震方案也越來越成熟，使得我們可以有效的降低地震帶來的風險，從而保證人民生命安全和財產(chǎn)安全。

為了提高建筑物抗震性能，傳統(tǒng)的結(jié)構設計方案為增加上部結(jié)構含鋼量和結(jié)構尺寸，通過增大整體的剛性從而抵抗地震作用的破壞，而針對9度抗震設防地區(qū)而言，傳統(tǒng)的設計方案明顯不是一個明智的選擇，隨著近年來柔性隔震技術理論的提出及應用，在滿足了的結(jié)構的使用性和安全性要求的同時，也為9度抗震設防地區(qū)這類特殊地區(qū)的結(jié)構設計提供了新的思路。

1 橡膠隔震技術原理

橡膠支座隔震技術是通過在建筑物基礎與上部結(jié)構之間增設一層隔震轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換層設置安裝橡膠支座作為隔震耗能元件，將上部結(jié)構與基礎分開，建筑物在設置安裝隔震元件后，可以增加建筑物的變形能力和滯變阻尼；變形能力的增加可以使結(jié)構在遭受地震作用時吸收更多發(fā)的能量，從而使得建筑物能更好的在地震作用下維持不倒塌；而滯變阻尼的增大可以使結(jié)構在地震作用中耗散更多的能量，與此同時，結(jié)構變形能力的增大(剛度變小)，會導致振型的頻率變小，周期變大，這與增大的阻尼一起結(jié)合，可以使地震影響系數(shù)變小，減少地震下的作用。除此之外，由于建筑物結(jié)構有了足夠的變形能力和足夠大的滯變阻尼，使得建筑物底部產(chǎn)生較為均勻的應力分布，這很好的利用了結(jié)構的材料性能，同時還避免一些常見的基礎底部破壞發(fā)生的可能性(圖1、圖2)。

圖1 隔震支座

圖2 傳統(tǒng)結(jié)構與抗震結(jié)構的比較

2 隔震結(jié)構的應用范圍

隔震對建筑的結(jié)構型式和材料沒有特別的要求，無論結(jié)構為鋼筋混凝土框架結(jié)構、鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構、鋼筋混凝土板柱-剪力墻結(jié)構還是砌體結(jié)構等，都可以采用隔震設計，從隔震原理來說，隔震是將結(jié)構的周期延長，避開地震中的長周期部分，減小上部結(jié)構的損壞，因此從減震效果考慮，采用隔震措施的建筑最好滿足以下條件：

(1)建筑物場地土具有足夠的承載力，盡量建造在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類場地上。這樣可以有效避開隔震后的結(jié)構周期，避免場地土與建筑之間發(fā)生共振。

(2)鋼筋混凝土結(jié)構的房屋層數(shù)在10層左右，高度35m左右；砌體結(jié)構的房屋層數(shù)為7層左右，高度20m左右。結(jié)構高度和層數(shù)在此范圍內(nèi)，可保證結(jié)構在隔震前周期較短，隔震后減震效果較明顯。

(3)鋼筋混凝土結(jié)構和鋼結(jié)構房屋的高寬比在2.5左右，砌體結(jié)構在2.0左右(高寬比宜不大于4)。過大的高寬比容易造成上部結(jié)構傾覆。

(4)隔震裝置設置在基礎與上部結(jié)構之間或在地下室柱頂。

(5)與相鄰的建筑物之間最少有20cm的距離，以保證隔震建筑作用時有移動空間。

3 隔震結(jié)構的優(yōu)勢

3.1 安全可靠

建筑采用隔震設計時，不僅可以保證結(jié)構主體構件安全，同時也能保證內(nèi)部設備功能完好，地震后能夠正常運轉(zhuǎn)。隔震結(jié)構受地震作用的影響僅為傳統(tǒng)抗震結(jié)構的1/6～1/3，在很大程度上削弱了地震力作用，從而保證上部結(jié)構的安全，因此，采用隔震設計的建筑與傳統(tǒng)結(jié)構建筑相比，無疑更加的安全可靠。

3.2 更經(jīng)濟

一般而言，隔震設計額外增加的隔震支座及轉(zhuǎn)換層會增加造價，同時地下室梁柱的加強也會一定程度上增加造價，但由于增加了隔震技術，使得上部結(jié)構受地震力作用明顯減小，在上部結(jié)構設計時可以適當減小構件尺寸及含鋼量，使得上部結(jié)構的造價降低，綜合計算，總造價會有一定程度的降低。具體分析如下。

3.2.1 減少部分

(1)由于上部結(jié)構地震作用的減小，上部結(jié)構構件截面及配筋可相應減小，結(jié)構型式及方案可進一步優(yōu)化調(diào)整，甚至上部結(jié)構可由框架—剪力墻結(jié)構優(yōu)化為框架結(jié)構，砌體結(jié)構也可增加層數(shù)或高度。與傳統(tǒng)的抗震結(jié)構相比，上部結(jié)構鋼筋混凝土工程造價一般可降低20 %左右。

(2)內(nèi)外裝飾連接及門窗框相應減少。

(3)電梯、機房等設備有一定程度優(yōu)化改善。

3.2.2 增加部分

(1)隔震支座及阻尼器會額外增加費用，且該部分占用的總造價比例較高；一般而言，橡膠隔震支座的價格5萬～10萬元/個，若按建筑面積進行估算，當上部結(jié)構為鋼筋混凝土框架結(jié)構時，橡膠支座的價格為50～100元/m2。

(2)與傳統(tǒng)結(jié)構相比，增加的隔震轉(zhuǎn)換層額外增加費用。

(3)隔震層對應的主樓地下室的梁、柱截面尺寸加強增大。

(4)穿過隔震層的管線等，為了考慮結(jié)構可能產(chǎn)生的變形和位移，必須進行柔性連接，因此增加一定的費用。

(5)因為需要增設隔震層，與傳統(tǒng)結(jié)構設計相比，開挖深度相應加深，同時，擋土墻也會一定程度的加強，因此也增加額外的費用。

因此，在初步設計階段，可由設計單位針對兩種方案的造價進行對比，大致估算兩種方案的差價，從而綜合考慮是否采用隔震設計。當然，除上述情況外，還有其他因素會影響隔震工程的造價，例如：建筑所在地區(qū)的抗震設防等級、上部結(jié)構的設計型式、建筑高度及面積、隔震設備的選型及布置數(shù)量、施工單位的技術水平等。綜合來看，建筑所在地區(qū)的抗震設防等級越高，采用隔震設計的經(jīng)濟效益越明顯，9度抗震設防地區(qū)尤甚。同時，在達到隔震效果的前提下，建筑層數(shù)越多，隔震設計的經(jīng)濟效益越好。以整個項目為基礎進行估算，采用隔震設計大約能節(jié)約造價1 %～4 %。

3.3 檢修方便

傳統(tǒng)抗震結(jié)構在遭受地震破壞時，檢查會存在極大困難，并且很難進行修復加固，并且修復加固費用較高；而對于隔震結(jié)構設計，由于其隔震效果主要通過隔震支座實現(xiàn)，因此其抗震性能檢測的主要對象是隔震支座，這比檢測結(jié)構本身要快捷方便很多，抗震支座損壞后可進行更換，它能確保地震后的快速修復，對震后快速回復生產(chǎn)和生活具有十分重要的意義。

3.4 上部結(jié)構設計更自由

由于采用隔震技術，上部結(jié)構地震作用大大減小，因此，結(jié)構選型更自由靈活。上部結(jié)構鋼筋含量、剪力墻、梁截面等均有不同程度減少，建筑使用面積也會有一定的增大。

5 結(jié)束語

建筑隔震技術作為一種新型的結(jié)構抗震理論，無疑具有獨特的優(yōu)勢和良好的發(fā)展前景，特別是針對9度抗震設防地區(qū)而言，不僅能夠降低造價，而且可以保證結(jié)構更加安全可靠，上部結(jié)構設計更加靈活自由。但也因為其發(fā)展的時間較短，使得國家、地方及行業(yè)的相關規(guī)范并不是十分完備，實力雄厚的廠家及經(jīng)驗豐富的專業(yè)施工隊伍也相對較少，具有相應資質(zhì)和實力的設計單位同樣不多，一般都是由專業(yè)廠家配合設計單位完善隔震設計。因此，采用隔震設計，對于設計單位和施工單位無疑都是一種考驗。但是，不能因為困難就放棄采用，隔震設計在9度抗震設防地區(qū)的優(yōu)勢是明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的抗震結(jié)構，其產(chǎn)生的經(jīng)濟效益及社會效益均相當可觀，具有廣泛推廣實施的意義，同時，隔震結(jié)構設計也將會是9度抗震設防地區(qū)等特殊地區(qū)抗震設計的發(fā)展趨勢。