房屋基础隔震在高烈度地区多层钢筋混凝土框架结构通信建筑的应用分析

摘要：本文分析了国内外房屋基础隔震的发展现状，探讨其使用中应注意的问题，分析多层钢筋混凝土框架结构通信建筑的特点，总结出多层钢筋混凝土框架结构通信建筑隔震技术的使用范围、技术及应用前景，具有一定的借鉴意义。

关键词：基础隔震 多层 通信建筑

中图分类号：TU248文献标识码： A

1引言

本文针对通信建筑的特点，分析了多层通信建筑使用基础隔震前后的结构性能，研究了基础隔震方案在多层钢筋混凝土框架结构通信建筑中应用的效果，提出其在通信建筑隔震方面的建议性结论，包括方案制定的原则、要点、使用范围。以达到丰富和补充通信建筑抗震设计思路的目的。

2基础隔震设计方案的基本原则及设计要点

2.1基本原则

1）2010年版建筑抗震设计规范要求，隔震设计可用于对抗震安全性和使用功能有较高要求或专门要求的建筑。具体而言，应包括甲、乙类建筑及使用功能有特殊或专门要求的丙类建筑、特殊地质条件下的丙类建筑。

2）由于隔震设计具有满足提高抗震性能要求的优势，故可按高于抗震规范基本设防目标进行设计。

3）建筑结构确定隔震设计方案时，应根据建筑的抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、建筑使用功能、工艺要求、隔震产品和施工等因素，并与采用传统抗震设计的方案进行对比分析，经技术、经济和使用条件综合比较确定。

2.2适用范围

基础隔震技术主要适用于自振周期比较短的建筑结构，采用隔震技术的结构宜符合下列要求：

（1）结构体型基本规则；高宽比不宜过大，高宽比过大容易引起隔震支座受拉，原则上高宽比不宜大于4。同时结构长宽比也不宜过大。

（2）不隔震时可在两个主轴方向分别底部剪力法的结构，亦即高度不超过40m、以剪切变形为主的结构以及近似于单质点体系的结构。

（3）结构基本周期较小的结构，具体地说，即小于1.0s，或接近地面卓越周期的结构。这种结构在隔震前周期较短，可以保证设置隔震装置后延长结构周期效果明显。

（4）隔震结构所在建筑场地宜为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类。隔震技术是通过延长结构的自振周期来达到减小结构地震反应的目的，因此该自振周期应远离场地周期，以避免长周期地震动可能带来的更大的危险性。

（5）宜选择对抗震有利地段作为隔震结构的场地，避开不利地段。当无法避开时应采取有效措施。不应选用危险地段作为隔震结构的场地。

（6）隔震建筑应选用稳定性较好的基础类型。

（7）隔震建筑的风荷载和其他非地震作用的水平荷载标准值产生的总水平力不宜超过结构总重力的10％。 隔震建筑的隔震层是一个柔性底层，因此对于非地震作用的水平荷载应控制建筑功能和使用舒适性对其的要求。

3.隔震方案比选

3.1隔震方案与消能减震方案的比较

规范要求隔震方案的确定须与采用传统抗震设计的方案进行对比分析，经技术、经济等多方面因素综合比较后确定。从概念上来讲，隔震结构与传统抗震结构的建筑设计之间的差别源于两种不同的设计理念。

传统抗震结构通过增加结构强度的办法抵御地震、是提高结构地震安全性的传统设计方法。传统抗震结构建筑设计理论完善，建筑施工的工艺与经验成熟。但建筑抗震的能力是不可以无限增加，对于通信建筑而言，较大的楼面荷载决定了，同等破坏力的地震所带来的地震反应较一般建筑要大得多，为抵御增大的地震反应需要增大建筑结构受力构件，显然是极其不经济的。

隔震结构建筑用隔震层隔离传向建筑的地震力，降低建筑结构元件的动力反应，从而增加了结构的地震安全性，是以柔克刚的办法。隔震建筑在强震中的地震反应降低后，不仅建筑自身的安全得到保证，同时建筑的内部装饰盒设备安全也得到不同程度的保护。

3.2隔震方案与消能减震方案的比较

消能减震结构指在房屋结构中设置效能器，通过消能器的相对变形和相对速度提供附加阻尼，以消耗输入结构的地震能量，而减少建筑结构自身对地震能量的消耗，达到减少对建筑结构自身受力构件损伤的目的。相对传统抗震设计方法来说，也是一种抗震设计的新技术和新思路。与隔震方案主动减震的思路不同，消能减震结构采用被动减震的思路，没有减小传给上部的地震力，而是通过在上部结构内部设置合适的阻尼器，来部分替代结构自身对地震能量的消耗，并先于结构构件破坏，有效降低了震后建筑的维修难度和成本。相对隔震方案，消能减震方案适用范围更广，对结构自身的条件要求较少，但目前国内应用实例相对较少，且主要用于旧房改造加固方面的工程。结合通信建筑的特点，从概念上判断隔震方案比消能减震方案更适用。

3.3隔震层的设置

隔震建筑的结构体系一般由下部结构、隔震装置、上部结构组成。根据隔震层设置的位置不同, 分为基础隔震、层间隔震以及悬挂隔震。从三种形式的特点及应用情况来看，对于隔震层设置于第一层以上的隔震（层间隔震、悬挂隔震）体系特点与普通隔震结构（基础隔震）差异较大，且层间隔震、悬挂隔震隔震层以下的结构设计计算更为复杂，并且结合通信建筑的特点，显然基础隔震更为适用，故本文讨论的隔震结构均为基础隔震形式。

3.4隔震器的选择

对于隔震结构，隔震层中起到隔震作用的隔震装置无疑是最重要的元件。目前实际应用的隔震装置基本有三大类，即叠层橡胶支座，摩擦滑移隔震原件以及滚动摆、滚珠、滚轴元件。其中叠层橡胶支座应用最大，大概90%的隔震结构工程采用了这种隔震器。

叠层橡胶支座是由钢板与橡胶叠合而成，橡胶与钢板之间用胶粘结，中间的橡胶及钢板的厚度每层仅几毫米。由于这样的构造使得叠层橡胶支座的竖向承载力很大，而在水平向可以有较大的变形，相当于同时具有滚珠和弹簧的功能。支座的上下封板相对较厚，内有螺栓孔，封板与连接钢板用螺栓连接，连接钢板再通过固定螺栓孔与建筑构件相连。此外，还可以在内部加铅芯或碳来提供阻尼。

3.5隔震建筑的设计应确保在罕遇地震时发生大变形情况下其运动不受阻碍。应按相关设计要求设置防震缝和水平隔离缝。同时，由于通信建筑地下管道、线缆较多，建筑设计中应充分考虑地震作用时隔震层发生变形时对地下管道、线缆的影响，采取必要的有效防护措施，以保证地下管道、线缆在地震作用下隔震结构发生较大水平位移时可以正常运行和工作，同时应具备足够的耐久性。

4.多层钢筋混凝土结构通信建筑（以下称多层通信建筑）的特点

多层通信建筑平面布置多简单、规则、对称，较少出现偏心，一般长宽比为1-3，楼板平面多为矩形或接近正方形，无较大的凹进或开洞；竖向布置无较大的外挑或收进，侧向刚度基本由下到上逐渐变小，且变化均匀。

多层通信建筑高度均不太高，一般都低于24米，且高宽比多不超过2，甚至小于1，结构验算在两个主轴方向分可别采用《建筑抗震设计规范》GB 50011―2010所规定的底部剪力法的结构，以剪切变形为主的结构以及近似于单质点体系的结构。

由于多层通信建筑高度较低，由风荷载及其他非地震作用产生的侧向力极小，远小于结构总重力的10%。

多层通信建筑活荷载较大，相应的构件自重也较大。相对于住宅及办公楼活荷载取2kN/M2左右，通信建筑活荷载一般取10KN/M2，甚至部分房间取值达到16KN/M2，等效重力荷载较大，相应的按照传统抗震设计方案中硬抗的方式抗震势必造成增加材料等后果。

综上所述，多层通信建筑适宜于采用基础隔震方案。

5.结论

1.基础隔震方案的适用性

结合多层通信建筑的特点，隔震结构具有有效提高建筑抗震性能的优势，对于地震高烈度地区的通信建筑抗震设计不失为一种较好的设计思路。

相对于消能减震设计方案，隔震方案更适用于通信建筑的抗震设计。

相对层间隔震、悬挂隔震的隔震方案，基础隔震方案更适用于多层通信建筑设计，即将隔震层设置在第一层以下，基础与上部结构之间。

2.采用基础隔震方案应注意的问题

设计阶段中应充分考虑由于采取隔震方案而带来的对地下管道、线缆的影响。

造价分析中，应充分考虑因采用基础隔震而造成基础开挖量的增加，以及隔震材料的性价比比较。

参考文献

1.GB50011-2010，《建筑抗震设计规范》[S]，北京,中国建筑工业出版社，2010

2.许杰等，隔震建筑概念设计的基本问题，防灾减灾工程学报，23(2),2003，106-111