劉云濤 楊雅靜

0 引言

在建筑物基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置一層隔震層,把房屋結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)隔離開來。隔離地面運(yùn)動(dòng)能量向建筑物的傳遞以減少建筑物的地震反應(yīng),實(shí)現(xiàn)地震時(shí)建筑物只發(fā)生較輕微的運(yùn)動(dòng)和變形,從而保證建筑物的安全,這就是基礎(chǔ)隔震。

目前基礎(chǔ)隔震實(shí)施方案主要有三類:以橡膠支座為代表的隔震元件;摩擦滑移隔震元件;以懸吊、滾軸、滾珠、滾擺、柔性柱等為手段的隔震元件。其中橡膠支座具備很高的抗壓承載能力和很低的水平剪切剛度,是基礎(chǔ)隔震用得最多的方式,迄今90%以上的房屋隔震用此元件。到20世紀(jì)90年代中期,美、日、新、法、意等國建造了400棟左右的采用橡膠支座的隔震建筑和橋梁。在1994年美國洛杉磯北嶺地震和1995年日本神戶大地震中,隔震建筑顯示了令人驚嘆的隔震效果。之后,世界各國加快了對(duì)隔震建筑的研究和工程應(yīng)用,并相繼制定出自己的更加詳盡和嚴(yán)格的隔震建筑設(shè)計(jì)規(guī)范和隔震支座的質(zhì)量、驗(yàn)收和維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。例如,中國2000年頒布了《建筑隔震橡膠支座》,規(guī)定了建筑隔震橡膠支座的產(chǎn)品定義、分類、要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯存,適用于工業(yè)與民用建筑所用的建筑隔震橡膠支座;2001年頒布的GB 50011-2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[1]新加了“隔震和消能減震設(shè)計(jì)”,同年頒布了《疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程》[2],對(duì)隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)的技術(shù)要求作出了配套的規(guī)定,并于2003年頒布了《建筑結(jié)構(gòu)隔震構(gòu)造詳圖》[3],是關(guān)于隔震層的結(jié)構(gòu)布置、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、構(gòu)造連接等方面的國家標(biāo)準(zhǔn)圖集;美國在1997年對(duì)建筑統(tǒng)一設(shè)計(jì)規(guī)范(UBC,1997年)[4]中的“基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的抗震規(guī)程”部分進(jìn)行了修訂,對(duì)彈性隔震支座(天然橡膠支座、鉛橡膠支座、高阻尼橡膠支座等)、滑移隔震支座以及混合隔震裝置分別作了規(guī)定;2006年頒布的國際建筑規(guī)范(International Building Code,2006)[5]中亦增加了“隔震結(jié)構(gòu)”一章。ASCE/SEI 7-05建筑和其他結(jié)構(gòu)最小設(shè)計(jì)荷載[6]對(duì)隔震減震結(jié)構(gòu)也較為細(xì)致的作了具體規(guī)定。日本建筑學(xué)會(huì)在1989年制定了《隔震建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南》[7],專門針對(duì)疊層鋼板橡膠支座隔震體系,對(duì)天然橡膠支座、高阻尼橡膠支座、帶鉛軸的橡膠支座的機(jī)械性質(zhì)、設(shè)計(jì)法及耐久性等作了相應(yīng)的規(guī)定,并在1991年、1997年更新了隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南,1998年編寫了《隔震結(jié)構(gòu)入門》[8]一書,深入研究和介紹了建筑物隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和性能及施工;日本免震構(gòu)造協(xié)會(huì)在《國外建筑設(shè)計(jì)詳圖圖集8》[9]中,著重給出減震建筑設(shè)計(jì)與細(xì)部圖集,是比較系統(tǒng)介紹隔震結(jié)構(gòu)詳細(xì)構(gòu)造的一部圖集。

本文參閱中國、美國、日本等國家的建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范中關(guān)于“基礎(chǔ)隔震中的管道處理”有關(guān)規(guī)定,對(duì)其進(jìn)行歸納、比較,并指出了建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中需要進(jìn)一步研究的問題。

1 美國規(guī)范

美國規(guī)范體系繁雜,抗震規(guī)范大約在20世紀(jì)90年代中期才開始進(jìn)行統(tǒng)一。1995年,UBC,NBC與SBC三本規(guī)范的編制機(jī)構(gòu)成立了國際規(guī)范協(xié)會(huì)ICC(International Code Council),開始推動(dòng)規(guī)范的統(tǒng)一。1997年,SEAOC推出了最新版的 UBC。同年,SEAOC與ASCE,ICC等機(jī)構(gòu)合作編制了最新版的NEHRP Provision。2000年,以1997 NEHRP Provision為基礎(chǔ)的2000 IBC規(guī)范正式發(fā)布實(shí)施,取代了UBC,SBC和NBC等規(guī)范,從而使美國的新建建筑規(guī)范達(dá)到了統(tǒng)一。IBC每3年修訂一次,目前最新版本是IBC(2006年)?？梢园袸BC視為一個(gè)規(guī)范門戶,由它通向各個(gè)專門規(guī)范。在抗震設(shè)計(jì)方面,IBC大多引用了ASCE 7的內(nèi)容。因此ASCE 7-05是敘述隔震設(shè)計(jì)最全面的一個(gè)規(guī)范,本文重點(diǎn)研究了ASCE 7-05在管道處理方面的內(nèi)容,ASCE在13.6.8節(jié)對(duì)隔震結(jié)構(gòu)管線處理及各種管道進(jìn)行了比較具體的規(guī)定,但除去對(duì)管道本身的材料、強(qiáng)度和延性進(jìn)行了規(guī)定之外,在管道處理方面僅對(duì)穿過隔震層的管線要設(shè)計(jì)成能夠承受最大位移等進(jìn)行了概念化的規(guī)定。目前尚未發(fā)現(xiàn)有切實(shí)可行的標(biāo)準(zhǔn)圖集。

2 我國規(guī)范

我國《疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定:穿過隔震層的設(shè)備配管、配線,應(yīng)采用柔性連接或其他有效措施,以適應(yīng)隔震層在罕遇地震下的水平位移。另外規(guī)定,穿過隔震層的豎向管線應(yīng)符合下列要求:

1)直徑較小的柔性管線在隔震層處應(yīng)預(yù)留伸展長(zhǎng)度,其值不應(yīng)小于隔震層在罕遇地震作用下最大水平位移的1.2倍;

2)直徑較大的管道在隔震層處宜采用柔性材料或柔性接頭;

3)重要管道、可能泄漏有害介質(zhì)或可燃介質(zhì)的管道,在隔震層處應(yīng)采用柔性接頭。

最大位移限制較其他國家更為嚴(yán)格,其他基本思路是一致的。

在《建筑結(jié)構(gòu)隔震構(gòu)造詳圖》圖集中,對(duì)立管的柔性連接和水平管的柔性連接有了較為具體的規(guī)定。

3 日本規(guī)范

日本是地震遍布全國的地方,地震多而大,因而抗震工作開展的較早。早在1924年,日本就已經(jīng)編寫了抗震規(guī)范。日本規(guī)范的發(fā)展趨勢(shì)可以概括為:

1)提高了設(shè)計(jì)地震力的水平;

2)設(shè)計(jì)方法變化不大,但強(qiáng)調(diào)了非線性的重要性;

3)引入了減震和消能設(shè)計(jì)的條款;

4)對(duì)構(gòu)造措施和細(xì)節(jié)作了詳細(xì)的規(guī)定,可操作性強(qiáng)。日本也是最早對(duì)隔震減震設(shè)計(jì)給出圖集的國家。在《國外建筑設(shè)計(jì)詳圖圖集8》中編輯整理了大量設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意的設(shè)計(jì)事項(xiàng),詳細(xì)的構(gòu)造做法實(shí)例以及對(duì)提高減震性能頗有益處的各種資料,對(duì)隔震建筑管線處理的規(guī)定:

當(dāng)隔震層被豎向切斷時(shí),把管道豎井與隔震層劃為同一防火區(qū)間。管道井在隔震層開敞,通過接縫連接上下適應(yīng)變位。通過隔震層設(shè)備管線處于較特殊的部位,要適應(yīng)地震時(shí)產(chǎn)生的大的變位。因此,需考慮主要設(shè)備的配置而且布置越緊湊越好。

水平管柔性連接:

1)輥輪支承,通過隔震臺(tái)與調(diào)節(jié)裝置來適應(yīng)變形,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,隔震臺(tái)可設(shè)置在下部結(jié)構(gòu)或吊掛于上部結(jié)構(gòu)。

2)球形接頭,在曲軸部位分別設(shè)三處球形接頭,以適應(yīng)地震時(shí)兩個(gè)方向的水平位移。

3)吊掛支承,將接合部位及彎管吊掛在頂棚上,為防止配管扭曲并保證起水平移動(dòng),使用耐張拉的吊掛材料。

立管柔性連接:在立管上使用強(qiáng)柔軟性、可撓性的接合,吸收配管上產(chǎn)生的位移。柔性管合卡箍式接頭應(yīng)根據(jù)管道使用功能和可靠性要求不同,如消防管、燃?xì)夤芗吧舷滤拦艿?由設(shè)計(jì)人員選定。

4 結(jié)語

對(duì)于基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的管道處理方面,各國標(biāo)準(zhǔn)都有一定的敘述和規(guī)定,但大多比較籠統(tǒng),相比較而言,日本設(shè)計(jì)圖集更為詳實(shí)一些。我國的中國建筑科學(xué)研究院和中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究所編制的03SG610-1建筑結(jié)構(gòu)隔震構(gòu)造詳圖,在各國隔震規(guī)程中,也屬于可操作性較強(qiáng)的。但是隨著隔震技術(shù)的大量推廣應(yīng)用,與之相關(guān)的配套技術(shù)的研究和規(guī)范化尚顯不足,所需工作仍舊很多,已經(jīng)成為急需解決的問題。

[1]GB 50011-2000,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]CECS 126-2001,疊層橡膠支座隔震設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

[3]03SG610-1,建筑結(jié)構(gòu)隔震構(gòu)造詳圖[Z].

[4]InternationalConference of Building Officials(ICBO).Uniform Building Code,Whittier,Calif,1997.

[5]International Code Council.INC,2006 International Building Code[S].

[6]ASCE/SEI 7-05,Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures[S].

[7]日本建筑學(xué)會(huì).日本建筑隔震設(shè)計(jì)指南[M].王廣軍,李永紅,譯.北京:科學(xué)出版社,1992.

[8]日本免震構(gòu)造協(xié)會(huì).隔震結(jié)構(gòu)入門[M].北京:科學(xué)出版社,1998.

[9][日]日本免震構(gòu)造協(xié)會(huì).國外建筑設(shè)計(jì)詳圖圖集8——減震建筑設(shè)計(jì)與細(xì)部[M].慕春暖,譯.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.