隔震技术在既有框架结构加固中的应用

■吴 杨 ■吉林建工集团有限公司，吉林 长春 130000

我国是一个地震多发的国家，尤其是在08 年和10 年相继经历了汶川地震和玉树地震以后，我国地震工作者们更是加大了对建筑物抗震性能的研究。传统的建筑抗震设计，多数是通过加强结构本身的延性、刚度以及强度，从而使建筑物能在地震灾害中减轻所受到的破坏。然而长期以来的工程实践证明，这种设计方法不仅造价高昂，而且不能完全适应现代化建设工程的需要，在地震后并不能减少结构物大量受到破坏的问题［1］。因此，近年来世界各国都相继加快了隔震技术的研究进程，在我国已形成了较为成熟的技术体系，并获得了良好的实际应用效果。

1 隔震技术的基本应用原理

隔震技术的基本应用原理是，通过在建筑上部结构和基础之间设置隔震装置，以延长建筑物结构的基本自振周期，并给予适当的阻尼使建筑物的加速度和变形反应极大减速，使所受到的地震能量多由隔震装置所承担。因此，在地震过程中对建筑上部结构输入的能量很小，有效保证了结构的安全。

建筑隔震体系作为一种经济、安全且有效的减震体系，由于地震过程中地面运动的主要周期在0.1s～1s 之间，而所设置的隔震装置的水平刚度远低于建筑上部结构的层间刚度，它能使结构的基本自振周期延长2～5s 左右，从而有效降低了建筑结构在地震中的反应和所受到的破坏。近年来，隔震技术在我国建筑新建施工以及既有工程改造中，都得到了广泛的应用。截止2014 年，我国已新建隔震建筑面积超过了200 万m2，并广泛分布于全国多个省、市，已基本实现了对我国高烈度地震区的全面覆盖［2］。

2 主要隔震装置的应用

目前，实际工程中可以采用多种隔震装置，包括了滚球(轴)、橡胶支座、基础弹簧、结构底层柔性柱、悬吊结构等等。而在各类隔震装置中，橡胶支座是结构工程中防震减灾实践中应用最为广泛，也是发展最为成熟的隔震体系。根据其结构形式和应用特点的不同，橡胶支座又主要可分为普通叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座、石墨橡胶支座等类型。利用铅芯橡胶支座的结构主要是在橡胶垫中心圆孔中灌注铅，这样不仅能增加支座的早期刚度，减少支座系统变形，而且有利于保持结构在地震作用时的稳定性，易于消耗地震的反应能量。

通常而言，普通叠层橡胶支座的阻尼较小，在实际工程应用中往往还需要搭配阻尼器共同使用。而铅芯橡胶支座则集合了隔震器与阻尼器的功能于一体，能提供饱满的水平荷载——位移滞回曲线，且阻尼值较高，因而可以单独在工程中应用。我国早在93 年就利用橡胶支座建成了第一栋隔震建筑，它是一栋8 层的钢筋混凝土框架房屋。目前，我国在新建隔震建筑或在对既有房屋的改造中，超过了60%的工程均采用的是铅芯橡胶支座技术进行隔震。

3 隔震技术在既有框架结构加固中的实例应用

3.1 工程实例

某办公楼为框架—剪力墙结构，该工程地下共3 层，地上共9 层，总建筑面积约为61000m2。工程中采用了铅芯橡胶支座技术，对既有框架结构进行隔震加固。工程所设置的隔震层内，共有400 个直径分别为600mm、700mm 和800mm 的铅芯橡胶支座，利用铅芯橡胶支座的技术特性，从而起到了良好的隔震加固效果。

3.2 隔震层的设计要点

(1)加固工程中，在原建筑上部结构与下部结构之间，设置了高度为1.5m 的隔震层。整个隔震层也作为管道层，要求对隔震层的底板应进行相应的防水处理，防水材料为1.6mm 厚度的聚合物水泥涂料。隔震层的顶板应作保温处理，采用聚苯板作为保温层。

(2)为确保建筑上部结构及隔震支座的安全，在设计时还在建筑物与室外地面之间设置有一定宽度的隔震沟，具体宽度应按照上部结构在地震作用下的最大振幅值进行确定。隔震沟的具体做法为:首先，为保证建筑物的内外封闭，应当在隔震层的四周砌筑宽度约为240mm 的防火墙，要求防火墙与混凝土结构之间的缝隙也应当用防火密封材料进行封闭;其次，确定隔震沟的宽度，然后在隔震沟外砌筑一道宽度约为370mm 的后砌墙。

(3)为确保电梯井在地震作用下的完整性和位移的自由，电梯井使用了下支撑式设计，即将隔震层设置在电梯井的基础底板上部，这种设计能保证电梯井和建筑上部结构在地震作用时的同步位移。同时，为保证电梯井的安全，在电梯井筒和楼板之间还设置有宽度为600mm 的变形缝，要求变形缝的盖板，除应当满足在任意水平方向位移400mm不破坏的设计需要以外，还应当能满足相应的承载力要求。

3.3 隔震层的施工要点

隔震层的土建施工工艺流程，主要为:下部预埋板安装、固定→浇筑混凝土→预埋板检测→安装橡胶支座→预埋件上板→安装预埋螺杆→上部支墩施工。

(1)安装和固定下部预埋板。在实际工程中，由于受既有框架结构中的钢筋影响，下部预埋板的位置很难准确定位，为了提高预埋板的安装精度，应当首先根据建筑结构平面图及定位轴线，将下部预埋板的控制线测定好，然后再进行安装，在安装完成后还应当用水准仪对预埋板位置、标高、平整度进行校正，以确保达到设计规范的要求。

当下部预埋板的安装位置、标高、平度度等均满足设计规范要求以后，即可采用焊接方式对预埋板的螺杆以及钢筋进行固定，要求应满焊并保证焊接的牢固，然后再对梁钢筋、支墩钢筋进行绑扎固定。

(2)浇筑混凝土、预埋板检测。在浇筑混凝土之前，应当采用适当的措施对预埋板螺栓孔加以保护，以避免混凝土进入到螺栓孔中。在浇筑过程中，采用一次性浇筑法，直至浇筑到-1.500m 标高处为止。

当浇筑完成并拆模以后，还应当对下部预埋板的标高、平整度以及平面位置进行再次检测，当符合设计规范要求以后，方可进行后续的橡胶支座安装施工。

(3)安装橡胶支座。铅芯橡胶支座的安装，应当在下部支墩浇筑混凝土强度达到设计强度75%以上，再通过起吊机将橡胶隔震层吊装到支墩上端，然后再利用简易起吊装置将其移动到指定位置，最后采用螺杆将橡胶隔震层与下部预埋板进行牢固固定，并拧紧螺杆。

(4)隔震层土建施工的质量要求。隔震层土建施工的质量要求，主要包括了以下几方面:一是隔震层在安装就位以后，要求其顶面水平度误差应控制在0.8%以内，支墩预埋件的顶面水平度误差应控制在0.5%以内;二是隔震层支座中心的标高偏差值、位置偏差值都不宜大于5mm［3］。

4 总结

本文结合具体工程实例，就隔震技术在既有框架结构加固中的应用进行了研究与探索。地震作为人们所面临的最严重自然灾害之一［4］，随着我国建筑结构的日益复杂，以及高层建筑的日益增多，这都对建筑结构的抗震是非常不利的。因此，近年来人们非常关注建筑物抗震性能的研究。隔震技术作为一种将地震与建筑结构进行隔离的动态抵抗方法，能有效的吸附地震反应能量，从而降低地震过程中结构物的变形和加速度，避免建筑物结构受到破坏。目前，隔震技术在我国已形成了较为成熟的技术体系，并取得了较为良好的实际应用效果，值得在实际工程中大力推广与应用。

［1］朱雅红，冯小军等.隔震加固技术在框架结构加固工程中的实际应用探索［J］.工程抗震与加固改造，2013(3).

［2］胡建安.层间隔震加消能减震框架结构的抗震性能分析［D］.西安:西安建筑科技大学，2012.

［3］徐至钧.建筑隔震技术与工程应用［M］.北京:中国标准出版社，2013.

［4］葛楠，陈海彬.结构减震隔震分析与计算［M］.北京:中国电力出版社，2013.