建筑框架隔震技术设计及施工应用分析

摘 要：随着地震频发现象的日益突出，人们的防震减灾意识不断提高，建筑隔震技术受到了人们的高度重视。本文将对框架结构建筑隔震设计的方法与应用进行研究，首先介绍了框架隔震技术的前期咨询工作，其次研究了框架隔震建筑设计的注意要点。

关键词：框架隔震；建筑设计；方法；应用

1前言

我国是个多地震国家，随着地震频发现象的日益突出，人们的防震减灾意识不断提高，建筑隔震技术受到了人们的高度重视。与传统框架结构的抗震设计相比，隔震设计主要是通过隔震层的设置来吸收地震能量，延长结构体系的自震周期，从而降低上部结构的地震响应。目前，随着社会的发展以及科技的进步，建筑隔震技术已经在一些地震频发的高烈度区得到了广泛应用。

2 基础隔震结构的应用

范围隔震体系通过延长上部结构的自振周期来减小结构水平地震作用，即减小上部结构的损坏，从而达到减震效果，保证建筑物的安全可靠使用，其隔震效果与结构的高度、体型、刚度、变形情况、场地条件等因素有关.因此，从减震效果考虑，采用隔震建筑时最好满足以下的几个条件：尽量选在场地土比较坚硬的场地上，因为软弱地基对于隔震建筑来说，输入地震动时会使上部结构的振动周期较长，增加上部结构的破坏，不利于结构减震；隔震建筑的结构不宜过高，过高会使得结构在隔震前周期较短，而隔震后周期较长，隔震效果就会非常明显，一般要求建筑物的结构高度不超过40 m；由于过大的高宽比易造成上部结构转动，引起隔震支座受拉，因此要求对于钢筋混凝土结构和钢结构高宽比不大于2.5；为保证隔震建筑在地震作用能够有来回移动空间，隔震建筑与其他建筑物之间至少要有20 cm的距离；隔震装置应设置在基础和上部结构之间，以确保将地震作用最大限度的隔离在结构的外部.

3框架隔震技术的前期咨询工作

建筑工程在尚未进行隔震设计之前，还处于建筑方案阶段时，建设单位可组织有经验的专家或委托专门的咨询机构展开框架隔震技术的前期咨询工作。主要针对当地抗震设防烈度、结构高度、高宽比、结构形式以及有无地下室等情况，就框架隔震结构设计的相关问题展开详细的咨询，对该项目采用框架隔震方案技术上的可行性和经济上的合理性进行评估，指出建筑、结构、水电等各个专业在设计中的注意事项，并对构造措施提出相应的意见和建议。

3.1前期咨询工作中，应注意以下问题

（1）框架隔震建筑的经济性问题。对业主来说采用框架隔震技术是否经济是非常重要的问题，采用隔震技术，增加了隔震支座费用、隔震构造措施的费用，但是减小了上部结构梁柱截面，节约了钢材和混凝土用量，同时增加了房屋的使用面积，在前期工作中尽可能的对隔震建筑的经济性进行合理分析。根据大量的工程经验，在抗震设防烈度高的地区采用隔震技术具有比较明显的经济性。

（2）隔震建筑的适用性问题。隔震技术目前在我国主要应用于使用功能有特殊要求的建筑，例如安全性要求较高的学校、银行、高档住宅等，使用功能不能间断的医院、通讯、消防等建筑，以及存放存放珍贵物品的建筑或珍贵建筑，如博物馆、档案馆、纪念性建筑等。由于隔震装置仅对抵抗地震作用有效，在风荷载或其他水平荷载的作用下，隔震建筑更宜倾覆，因此隔震技术的应用还应满足我国规范规定的非地震作用水平荷载产生的总水平力不超过总重力10%的要求。同时，隔震建筑宜建在场地类别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地，且选用稳定性较好的基础类型。

（3）隔震建筑的高宽比问题。在方案确定之初，应考虑结构体型的规则性，鉴于我国目前的技术条件，对于隔震结构的抗倾覆问题，限制其高宽比是一种有效的方法。根据橡胶隔震支座抗拉屈服屈服强度低的特点，结构的变形特点需符合剪切变形为主且房屋高宽比小于4或有关规范、规程对非隔震结构的高宽比限制要求。因此，在建筑方案阶段，需请教专家或委托相关咨询机构进行前期咨询，对框架隔震方案设计进行合理评估，指出问题，提供解决措施。

3.2框架隔震设计思路

咨询工作结束以后，在进行隔震设计时，需要对建筑工程的抗震设防烈度、场地条件、使用功能及建筑、结构方案，从安全和经济两方面进行综合分析。若该工程宜采用隔震技术，应先进行初步设计，除应满足规范的相关条文外，还应合理确定隔震支座的类型和布置位置。目前，国内的框架隔震设计多采用分部设计的方法，即整个框架隔震设计分为四步：上部结构设计、隔震层设计、下部结构设计和基础部分设计。

4框架隔震建筑设计要点

4.1框架隔震层的设置位置

确定隔震层的位置是隔震设计的第一步。对于没有地下室的建筑，需要增加一层作为隔震层，隔震层的层高不宜过高，过高对结构不利也不经济，但也不能过低，过低不便于日后隔震层的维护和检修。对于有地下室的建筑，框架隔震层可以设置在地下室这一层，框架隔震支座放置在地下室柱顶或墙顶、柱中或墙中、柱底或墙底均可，可根据地下室的实际使用功能来确定框架隔震支座放置的位置。根据工程经验，大部分是放置在地下室柱顶或墙顶，这样避免了单独设置支座造成的费用增加，保证框架隔震建筑的经济性。然而，隔震支座设置在柱顶，必然会导致下支柱很粗大，不利于地下室的使用，因此可以将下支填做成牛腿，也可以在下柱顶部设置拉梁。

4.2隔震支座的数量、规格和布置

隔震层隔震支座的布置应使隔震层刚度中心与上部结构的质量重心重合，减少系统的扭转效应；其规格、数量应根据竖向承载力、侧向刚度和阻尼的要求通过计算确定。选用多种规格的隔震支座时，应注意充分发挥每个隔震支座的承载能力和水平变形能力；设置在隔震层的抗风装置宜对称、分散地布置在建筑物的周边。

4.3框架隔震结构的计算

建筑结构隔震设计的计算分析，包含计算模型、地震波选取、地震作用计算等内容。对于框架结构，其隔震体系的计算简图采用剪切型结构模型，一般情况下，宜采用时程分析法进行计算，输入地震波的反应谱特性和数量，按建筑场地类别和设计地震分组分别选用人工模拟的加速度时程曲线和不少于总数2/3的实际强震记录，多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符，计算结果宜取时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大者。求水平向减震系数时，多层框架隔震结构的层间剪力按多遇地震作用下用时程分析法计算求得。水平向减震系数应根据结构隔震与非隔震两种情况下各层层间剪力的最大比值。

5框架隔震建筑设计应用的目标

框架隔震设计的关键是确定初步的隔震设计目标。需要说明的是：第一，进行上部结构设计时，抗震设计方法还沿用传统抗震设计的方法，只是水平地震作用应采用降低后的值，当地的抗震设防烈度并没有降低；第二，叠层橡胶支座不能隔离竖向地震作用，所以上部结构设计时竖向地震作用仍保持不变，特别是对于高烈度地区，隔震建筑设计中考虑的竖向地震作用比传统抗震建筑大得多。

依据以往大量隔震工程项目的经验，场地条件好，属于I、II类场地，上部结构规则、质量和刚度分布均匆，层数在6层以下时，多采用框架结构，可以初步确定隔震目标为降低一度半；6～12层时，位于高烈度区，一般会采用框剪结构或者剪力墙结构，可以确定隔震目标降低一度或者一度以上。总的来说，隔震建筑的抗震设防目标要高于非隔震建筑，也只有高于非隔震建筑的设防目标才能体现隔震建筑的安全性。

6 结束语

框架结构隔震技术已经取得了丰硕的成果，特别是在美国、新西兰和日本等发达国家不仅理论比较成熟，而且被广泛应用于实际工程中，我国也越来越重视隔震技术的发展。