浅析隔震建筑及橡胶隔震支座在建筑设计中的运用

浅析隔震建筑及橡胶隔震支座在建筑设计中的运用摘要：文章首先释义了什么是隔震建筑及橡胶隔震支座的隔震原理，接着简述了橡胶隔震支座在建筑设计中运用的一个实例。关键词：隔震建筑；橡胶隔震支座；设计中的运用Abstract:thisarticleisaboutwhatistheSeismicisolationbuildingandtheisolatedprinciplesofseismicisolationrubberpedestal.Toillustratetheprinciple,thisarticlealsogivesanexampleofseismicisolationrubberpedestalhowtoapplyinarchitecturaldesign.Keywords:Seismicisolationbuilding;seismicisolationrubberpedestal;architecturaldesignapplication引言地震是人类社会面临的最严重的自然灾害之一。地震留给社会最惨烈的一幕莫过于建筑物的破坏和倒塌。近十年来，全世界平均每年约有一万人在地震中丧生，五十万人无家可归。“减轻地震灾害”已经成为一项世界关注的问题。目前，一种用以柔克刚新理念建造的隔震建筑，正在日益受到人们的关注。2什么是隔震建筑隔震建筑是在建筑物上部结构与基础之间设置一层由建筑隔震支座组成的隔震层,把房屋上部结构和基础分开,起到隔离和吸收地震能量以阻止其向上部建筑物传递的作用,达到强震时建筑物只做轻微平动,保建筑物的安全。3隔震原理传统的抗震是将房屋上部结构和地基牢牢地连在一起，地震时地面运动的能量经过地基毫无障碍地传输到上部房屋结构，使房屋发生震动和变形，当结构变形过大，达到某个极限时，房屋便发生破坏甚至倒塌。由建筑隔震支座组成的隔震层，能隔断地震时产生的能量向地上建筑物的传输途径，通过隔震层有效的吸收地震能量，使建筑物的固有周期避开地震最高能量的短周期。从而达到“地动而房不摇”。大幅度减少建筑物的地震响应，避免结构损坏，地震冲击波过后建筑物能迅速复位，确保建筑物震后正常使用。橡胶隔震支座在建筑设计中的运用4.1工程概况攀枝花市米易县公安局机关业务用房和公安指挥中心工程，该项目为钢筋混凝土框架结构，建筑类别为丙类建筑。建筑总高度为22.0m，总建筑面积为8963.2m2，地上5层，地下1层。地下一层层高5.7m，地上一层层高4m，第二层与第五层层高4.5m，第三层与第四层层高4.2m。4.2抗震设计参数4.2.1设防烈度该建筑场地的抗震设防烈度的7度(基本地震加速度为0.10g)。4.2.2场地类型及地震分组建筑场地为Ⅱ类三组，场地特征周期Tg=0.45s。4.2.3地震波加速度峰值多遇地震时加速度峰值取为35.0cm/s2，罕遇地震时加速度峰值取为220.0cm/s24.2.4减震目标采用隔震技术使上部结构的地震响应降低一度，即将设防烈度降至6度（0.05g），改善结构的抗震性能，同时保证在风荷载和微小地震下上部建筑不产生微小振动，提高建筑的安全性能和舒适性。4.3隔震方案通过对建筑、结构施工图的分析研究，将隔震层设置在一层底面（-4.600m）以下，地下室（基础）以上，在一层柱底面（基础顶面）安装一个或多个建筑隔震支座，将上部结构与其下部结构隔开，以达到隔离地震能量、减小上部结构地震作用的目的。隔震支座位置按以下原则确定：（1）隔震支座若放置在地下室柱顶面上，其形心应与柱截面形心重合；若放置在基础柱顶面，其形心应与柱截面形心重合。（2）隔震支座顶面标高的确定原则：不同规格的隔震支座其顶面宜设计在同一标高上。具体确定方法为：由一层地面结构标高减去隔震层梁板中最大一根梁的高度。（若地下室地面的结构标高是-4.600m，假设隔震层梁板中最大一根梁的高度为0.700m，那么支座的顶面标高即为-5.300m）。（3）隔震支座底面标高的确定：由隔震支座顶面标高减去两块连接钢板的厚度，再减去支座的高度即为支座底面标高。4.4隔震支座布置根据PKPM计算文件，提取出每根柱在一层底板下的最大轴力组合值，然后参照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第12章第12.2.3条丙类建筑中隔震支座平均压应力限值应小于等于15.0Mpa的规定，确定出每个隔震支座的直径。本工程采用的隔震支座有LNR500型（普通叠层橡胶支座）、LRB600型（铅芯叠层橡胶支座）、LNR800型（普通叠层橡胶支座）共三种型号，数目以及支座参数详见表1。支座外形尺寸及其连接钢板尺寸由生产厂家提供。表1隔震支座信息汇总5结构计算模型的正确性验证及隔震结构的地震响应分析采用CSIETABS三维非线性结构分析软件（该软件是三维建筑结构分析的专用软件），建立隔震和不隔震计算模型，验证其计算模型的正确性并对隔震模型和不隔震模型进行多遇地震下的时程分析，并进行比较。得到以下结论采用基础隔震后，结构的周期延长了2.0倍多，地震作用大为减小；隔震后，结构的水平位移集中在隔震层，基底剪力、层间加速度大大减小，结构呈平动型；隔震结构在多遇地震作用下的层间剪力比值为0.270<0.300<0.400，因此，上部结构的地震响应降低一度，结构的抗震性能得到改善。罕遇地震作用下隔震支座变形值均小于隔震支座容许水平位移；隔震支座竖向抗压承载力和抗拉承载力均满足规范要求，不会出现倾覆。隔震后水平地震作用计算的水平地震影响系数按（《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）12.2.5）中的公式计算，其中为水平向减震系数，对本工程其值为0.300,；为调整系数，对橡胶支座取0.80；得出隔震后水平地震作用计算的水平地震影响系数：6隔震层施工6.1隔震支座上部楼板与节点设计6.1.1隔震层与上部结构的连接隔震层顶部应设置梁板式楼盖，隔震支座的相关部位应采用现浇混凝土梁板结构，以加强隔震层的整体性，现浇板厚度不应小于160mm。隔震层顶部梁、板的刚度和承载力，宜大于一般楼盖梁板的刚度和承载力。并且隔震支座附近的梁、柱应计算冲切和局部承压，加密箍筋并根据需要配置网状钢筋。6.1.2梁柱节点设计为了保证隔震支座的安装，建议隔震支座上部梁柱节点的最小平面尺寸如表15所示。梁柱节点的高度至少应取隔震层最大一根梁的高度。梁柱节点的形状参见“建筑结构隔震构造详图，建议梁在节点处要适当加强。表15隔震支座上部梁柱节点的最小平面尺寸6.2隔震支座的连接与安装6.2.1、主要连接构造隔震支座上下各有一块钢板，即上下连接钢板。连接钢板与支座通过埋头螺栓连接。施工时先将锚固套筒预埋在下柱混凝土中，通过连接螺栓与支座连接；然后安装支座上部锚固套筒，最后浇筑上柱混凝土。具体关系见图14：图14支座连接示意图6.2.2、支座安装施工说明（1）支座底部的中心标高偏差不大于5mm，平面位置的偏差不大于3mm。（2）单个支座的倾斜度不大于1/300。（3）安装次序：1）加工螺栓、套筒和支座上下连接钢板；2）安装螺栓套筒；3）浇筑隔震支座下柱的混凝土，浇注过程中注意保证螺栓套筒位置固定；4）混凝土达到强度要求后开始安装隔震支座。先将隔震支座与上下连接钢板用埋头螺栓连接好，再把下连接钢板对准下部螺栓套筒，用螺栓连接固定。其次将上连接钢板对准上部螺栓套筒，用螺栓连接固定，然后绑扎上部梁的钢筋、支模、浇筑混凝土。（4）在支隔震层模板和浇筑混凝土时，对四周的隔震支座必须设置临时横向支撑，避免隔震支座发生水平位移。（5）隔震支座连接板、螺栓外露部分及螺帽均应采取防锈处理。6.3其它注意事项通过隔震支座将下部结构与上部结构完全分隔开来，地震作用下，支座隔离了大部分地震能量，上部结构内力大大减小，但是位移会有所增大。根据计算，罕遇地震下隔震层最大位移达到8.6cm。《建筑结构抗震设计规范》（GB50011-2010）12.2.7规定，为了使隔震支座完全发挥效用，上部结构的周边应设置竖向隔离缝，缝宽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。根据此，需保证上部结构能够无障碍的发生200mm（最大位移值1.2倍）的平动。因此，施工中有以下主要注意事项：1、若隔震支座不在同一标高处，为了更好的传递地震力，在错开的位置宜加大节点截面，必要时可增设剪力墙。错层处隔震逢不宜小于200mm。2、隔震层如有砌筑墙不应阻碍隔震层自由平动，要留出200mm的隔震缝，参见图15。3、连接上下部结构的各种管道在穿过隔震层时需要采用柔性连接。4、采用钢筋接地的避雷设备，应设置跨越隔震层的柔性接地配线，并留大于200mm的多余长度。5、在建筑物四周200mm范围内不应有任何高度超过隔震层的物体，以保证地震时隔震层的水平位移不受限制。隔震支座顶面标高宜位于室外地平面以上，若位于地平面以下，则需要挖掘隔震沟，沟宽不小于200mm，并做好排水。6、通往地下的楼梯和一楼通往室外的踏