基础隔震技术在学校建筑的实例分析

基础隔震技术在学校建筑的实例分析

杨湘枝

宁夏现代建筑设计院（有限公司）  宁夏银川  750000

摘要：地震灾害是一种具有突发性和不可预测性的常见自然灾害，其发生的频度较高，并会导致严重次生灾害。突然发生时，会造成建筑物的裂缝、沉降、坍塌等，对人员的安全及财产会造成大量的损失。

关键词：地震；建筑；学校

一、建筑结构抵抗地震作用的对策

建筑结构抵抗地震作用的对策有三种：抗震、减震和隔震。抗震是通过强化建筑物骨架，并增加耐力壁和斜支柱等，使其可“承受住”地震的摇晃，将地震能量作为建筑物框架的变形及损坏。减震是在建筑物地基与房梁间设减震装置，吸收震动，从而“抑制”地震产生的摇晃。隔震是在建筑物地基与基础之间安装相关的隔板作业位置，对于其装置进行一定的设计和改良，这样能够促进隔离地震装置作用的进一步发挥，进而能够削弱地震发生过程当中整体建筑物结构的实际影响，从而让建筑与地基脱离，利用隔震装置的黏弹性体吸收地震能源，“避免”受到地震摇晃的影响。

二、相关的规范要求

根据2021年最新颁布的行业整体管理标准《建筑工程抗震管理条例》，就对于相关的规范要求进行了明确的指出。在进行建筑工程规划的过程当中，必须要使用具有抗震功能的结构措施，从而积极的掌控抗震救灾当中的核心要素，对于特殊设备重点设防等标准和设施进行重点布控。同时，通过建立标准设防和适用设防类的各种防范手段，对于现阶段所存续的学校幼儿园，以及社会公众聚集辅助类的医院养老机构等，建立全盘的防震技术改良手段。同时营建一系列的应急指挥中心避难场所。通过这一系列重点设防类别的全面关注，能够融合各种抗震设防的科学举措和具体措施。以此来对于高烈度设防地区展开科学的地震灾害防御工作，也能够促进这一社会整体保障性结构的顺利运行，在进行建设过程当中全面突出隔震减震技术的辅助作用，在发生地震的过程当中能够满足正常使用的要求，也减少地震带来的实际损伤。

隔震建筑的基本设防目标是：通过提升自身建筑的隔离地震防灾效果，以此来规避地震发生过程当中所带来的实际影响，尽最大可能的维护建筑的稳定性以及基本的使用功能。同时，还要在地震发生的过程当中确保建筑的基本功能。当遭受地震的侵袭过程当中，既能够具有良好的抗震减灾效果，同时在发生结构性损伤的过程当中，能够把危险系数降低到相对较低的水准，维护百姓的生命安全以及减少实际损伤的程度。

宁夏回族自治区除彭阳县抗震设防烈度为7度、盐池县抗震设防烈度为6度外，其余地区均为8度设防区，高烈度设防地区占到总面积的85%，约5.5万平方公里，隔震技术的应用就显得尤为重要，能够大幅度的发挥在地震当中的保障效果，减少其带来的经济损失和生命财产安全问题。

三、具体工程实践中的应用策略

1、工程概况具体分析

本工程为银川市永宁县某小学新建综合楼。设计时间为2021年

12月，首先要针对整体建筑的结构类型展开分析，实际鉴定结果为钢筋混凝土框架结构，同时建筑的规模为地上的3层，局部存续4层建筑结构.这样就可以依据此建筑的标准，进行抗震设防类别的规划。初步核准为建筑安全等级，一级的重点设防类建筑体系。设计工作年限为五十年，还需要对于建筑的设计等级需要进行具体评估，与此匹配相关的地震抗防力度，最终综合评定结果抗防力度8级，设计等级丙级，基本地震加速度0.20g，特征周期值为0.40s。基本风压:0.65KN/㎡，基本雪压:0.20 KN/㎡。场地类别Ⅱ类。

2、分析模型和设计计算参数

在PKPM 软件中建立隔震模型，隔震结构模型包括下部结构、隔震层及上部结构，进行整体分析需对隔震分析信息进行定义。该结构整体规则，且高度小于60m，依据《建筑隔震设计标准》4.2.2-1 条，要对于隔震结构的自震周期进行科学的规划，在施工过程当中根据不同的地震作业力度展开科学的数据分析。同时评测这一水平位移幅度的整体变化规律，采用复振型分解反应谱法进行隔震结构的设计。隔震层位于结构标高-1.50m和±0.00m之间，隔震层刚度中心宜与上部结构质量中心重合，隔震层顶板厚度为160mm。在PKPM 软件中要通过对于隔震结构设计方法的科学规划，建立一个整体的分析系统，同时结合整体建筑底部剪力的结构，设计出一个较为有效地缚阵形结构组织。在特殊构件定义中，将隔震层的上下支墩和与上支墩相连的隔震层的主梁构件均指定为关键构件，抗震等级为一级，并按大震计算下的配筋做包络设计。将隔震支座层的柱子指定为隔震支座柱，并按照隔标对支座长期面压的要求，初步选择隔震支座，也可以直接采用软件智能优选的方式自动选择隔震支座。橡胶支座设置于上支墩底和下支墩顶之间，本工程选用LRB500、LNR600、LRB700三种型号支座，LNR表示天然橡胶支座，LRB表示带铅芯橡胶支座。

水平地震影响系数最大值为0.45，罕遇地震影响系数最大值为0.90，结构的阻尼比为0.05，周期折减系数0.80，抗震计算取用15个振型，按模拟施工加荷3计算方式，轴压比限值0.65，计算水平地震作用。

3、计算结果

（1）偏心率

隔震结构的偏心率

隔震层偏心率，X方向1.745%，Y方向1.82%，小于3%，满足规

范要求。

（2）周期比

隔震前后结构的周期

《叠层橡胶支座隔震技术规程》对于这一具体的施工策略和技术参数就有明确的规定，要通过隔震房屋相对两个方向的基本周期来建立一个科学的匹配数值，整体来说最小值不能超过30%。以此可以鉴别隔震技术的辅助实施，可以延长建筑结构整体稳定的周期，也会减少地震发生时候对于整体结构稳定性的实际影响。

（3）剪力比

结构层剪力比计算结果

隔震层的相关技术标准也具有较为严苛的规定，整体来说其结构底部剪力比值不超过0.32。同时，要尊重现阶段建筑隔震技术设计标准的相关要求，促进隔震后结构与隔震前结构整体比例的科学性，其剪力比不能大于0.5，上部结构的防裂度抵御水平也会具有相关的提升。标高-0.15m以下按9度采取抗震构造措施，-0.15m以上按8度采取抗震构造措施。

（4）层间位移角

结构层间位移角计算结果

设防地震下上部结构最不利层间位移角为：X向：1/1159,Y向：1/720,满足《建筑隔震设计标准》表4.5.1中规定的限值1/400的要求。

（5）地震动时程结果

《建筑隔震设计标准》4.1.3条中明确指出，地震减灾结构的设计者需要关注每条地震加速度时建筑的结构底部剪力，不小于振型分解反应谱计算结果的65%。在复杂地震带结构地区规划时还要进行多条时程计算，同事严格控制结构底部剪力的平均值，不应小于计算结果的80%。同时还要参照《建筑抗震设计规范（GB50011-2016），采用时程分析法进行建筑场地类别设计，结合先进的振型分解反应谱法，最终确保数值的精确化。

7条时程反应谱与规范反应谱曲线对比表

（6）隔震支座位移验算

罕遇地震下，还需要进一步关注和确认隔震层水平位移计算的整体荷载能力，其荷载组合为： 1.0D+0.5L+1.0Fek。

计算可得，隔震层最大水平位移以及隔震支座满足要求。

（7）罕遇地震下隔离结构抗倾覆验算

 罕遇地震中的隔震结构抗倾覆验算

根据《建筑隔震设计标准》第4.6.9-2条规定，抗倾覆验算的上部结构重力抗倾覆力矩与罕遇地震下倾覆力矩技术比率不小于1.1。由上表结果可知，结构罕遇地震下最不利抗倾覆与倾覆力矩比值满足规范要求。

（8）罕遇地震下层间位移角验算

X向地震工况下的楼层位移

Y向地震工况下的楼层位移

由上表可知，计算结果满足《建筑隔震设计标准》第4.5.2条框架结构1/100限值要求。

（9）结构中布置的隔震橡胶支座竖向最大压应力为9.9MPa＜12Mpa，最大压应力为11.8Mpa＜25Mpa，拉应力均＜1Mpa，满足规范要求。

根据以上各计算结果显示，相关的设计人员必须保障遵循现阶段整体技术行业的规范，同时采用良好的基础隔震技术，去延长地震当中建筑物程序的实际周期，提高其稳定性。使得上部结构位移角满足规范要求，隔震支座验算满足相关规范要求。由此可见，本工程所采用的隔震方案合理可行。

（10）隔震沟设计

根据《建筑隔震设计标准》5.4.1条，上部结构与周围固定物之间应设置完全贯通的竖向隔离缝以避免罕遇地震作用下可能的阻挡和碰撞，隔离缝宽度不应小于300mm。

本工程在基础周边设置了一圈缝宽400mm的隔震沟，大于1.2*153mm=183.6mm且大于300mm，满足规范要求。

根据《建筑隔震设计标准》5.4.2条的要求，本工程在上部结构与下部结构或室外地面之间设置了完全贯通的缝高20mm的水平隔离缝，并采用柔性材料填塞，进行密封处理。

（11）基础设计

根据《建筑隔震设计标准》3.2.4条，隔震建筑地基基础的抗震构造措施，遵循国家标准，对重点设防类建筑的地基抗液化措施，应按提高一个液化等级确定。

本工程地基液化等级为中级液化，提高一个液化等级按严重液化考虑抗液化措施，根据《建筑抗震设计规范》GB50011表4.3.6的要求，拟建场地应全部消除液化沉陷，本工程采用沉管砂石桩对地基进行处理。在基础外缘扩大宽度不小于基础底面下的处理深度的1/2且不小于5米。要求处理后的地基,应采用标准贯入试验测定加固后地基的液化指数,以判定加固效果。根据加固后试验结果进行研究，处理后的地基液化指数为0。

4、产品检验要求

（1）隔震层采用的隔震支座产品和阻尼装置应通过型式检验和出厂检验。型式检验除应满足相关的产品要求外，检验报告有效期不得超过6年。出厂检验报告只对采用该产品的项目有效，不得重复使用。

（2）隔震层中的隔震支座应在安装前进行出厂检验，本项目应符合下列规定：每种规格产品抽样数量应为100%，工程抽样总数大于20件，具体产品抽样数量不应少于4件，当产品少于4件时，应全部进行检验。

（3）除特殊注明外，隔震支座及隔震层阻尼装置产品的型式检验及出厂检验应符合国家标准的相关规定，检验确定的产品性能应满足设计要求，极限性能不应低于隔震层各相应设计性能。

结语

本文以小学综合楼为例，介绍了基础隔震技术在学校建筑的应用，目前整个项目结构设计已通过了施工图审查，主体也已完工。

使用隔震技术具有较好的效果，能大幅度地提升建筑物结构稳定性，避免结构构件的损坏，进而维护较好的功能，保证室内人员的安全，在以后的实际工程中，进一步发挥基础隔震技术的优势。

参考文献：

[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）

[2]《建筑隔震设计标准》GB/T51408-2021

[3]《建设工程抗震管理条例》国务院令第744号