李 黎，王宗華，李 天，鄭偉花

(1.南陽師范學(xué)院土木建筑工程學(xué)院，河南南陽473061;2.鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院，河南鄭州450001)

0 引言

隔震技術(shù)能夠有效提高我國村鎮(zhèn)住宅抵御地震的性能，值得在村鎮(zhèn)住宅中進(jìn)行推廣，以改善其安全性和舒適性.目前我國現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)研究［1-6］對(duì)農(nóng)村常用的一些結(jié)構(gòu)類型給出了抗震設(shè)計(jì)的基本要求和相應(yīng)的構(gòu)造措施，但由于給出的要求和措施對(duì)于隔震減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面缺乏針對(duì)性，可操作性不強(qiáng).為了推動(dòng)該技術(shù)在村鎮(zhèn)住宅中的應(yīng)用與推廣，筆者按照GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(文中簡稱抗震規(guī)范)給出的簡化計(jì)算方法進(jìn)行了疊層橡膠支座基礎(chǔ)隔震的隔震計(jì)算，并且在大量計(jì)算后，對(duì)村鎮(zhèn)住宅基礎(chǔ)減震效果進(jìn)行了分析.

1 標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算模型分析

筆者在對(duì)河南省村鎮(zhèn)住宅進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國其他省市和地區(qū)的有關(guān)調(diào)查研究資料，進(jìn)行合理的歸類、合并與調(diào)整，最終確定了若干種村鎮(zhèn)住宅建筑典型的平面布置形式和相應(yīng)的尺寸，筆者選擇其中出現(xiàn)最多的一種平面布置形式，并考慮1～6層的住宅層數(shù)變化及平面尺寸變化的計(jì)算模型，來進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，如圖1所示.建筑結(jié)構(gòu)從平面上看基本為雙向?qū)ΨQ，隔震設(shè)計(jì)后可以使隔震層上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與隔震層剛心基本重合，采用抗震規(guī)范中給出的簡化方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算.

圖1 計(jì)算模型平面布置圖Fig.1 Plane arrangement of calculation model

為利于隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)于計(jì)算模型的層數(shù)(1～6層)，層高(單層房屋和多層房屋的一層3.6 m，二層及以上3.3 m)，墻體長度(按計(jì)算模型縱向長度變化進(jìn)行考慮，但3個(gè)開間寬度保持1∶1.2∶1的比例不變，進(jìn)深8 m不變)進(jìn)行歸并，統(tǒng)一編號(hào)如表1所示.

2 基礎(chǔ)隔震標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

筆者以模型A31在抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組第一、二、三組，Ⅰ0、Ⅰ1類場地及設(shè)計(jì)地震分組第一組，Ⅱ類場地的計(jì)算為例進(jìn)行說明，其余計(jì)算模型以及其它場地類型不再一一贅述.

(1)假定水平向減震系數(shù)不大于0.40，則隔震層上部結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施按抗震設(shè)防烈度降低一度進(jìn)行處理.

(2)隔震支座的選擇與布置.選用帶有阻尼功能的鉛芯疊層橡膠支座作為隔震設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)中使用某企業(yè)研制的鉛芯疊層橡膠支座進(jìn)行計(jì)算，詳細(xì)參數(shù)如表2所示.

選用12個(gè)GZY300型隔震支座，隔震支座布置在每一個(gè)縱橫向軸線的交點(diǎn)位置.而后按照上述布置方式，對(duì)上部荷載進(jìn)行分配計(jì)算各隔震支座的設(shè)計(jì)軸力.經(jīng)驗(yàn)算隔震支座豎向承載力滿足規(guī)范要求.

表1 計(jì)算模型編號(hào)表Tab.1 Numbers list of calculation model

表2 鉛芯疊層橡膠支座參數(shù)表Tab.2 Parameter of laminated rubber bearingsl

(3)隔震結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)計(jì)算.按照隔震結(jié)構(gòu)體系在多遇地震下的阻尼比，計(jì)算得到水平向減震系數(shù)為0.319≤0.4，符合前述假設(shè).從隔震效果來看，基本相當(dāng)于水平地震作用比不隔震時(shí)降低一度，而上部結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施亦可按降低一度進(jìn)行處理，減震效果明顯，隔震設(shè)計(jì)可以達(dá)到預(yù)期目標(biāo).按計(jì)算得到的水平向減震系數(shù)，計(jì)算上部結(jié)構(gòu)總水平地震作用.

(4)按隔震結(jié)構(gòu)在罕遇地震時(shí)的阻尼比，得到隔震結(jié)構(gòu)的水平地震影響系數(shù).驗(yàn)算在罕遇地震下隔震層水平位移.

(5)隔震層頂部混凝土構(gòu)件計(jì)算.砌體結(jié)構(gòu)的隔震層頂部各縱橫梁都按照受均布荷載的多跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算.隔震支座上部短柱配筋如圖2所示.

圖2 上部短柱配筋圖Fig.2 Reinforced map of the upper short column

(6)隔震支座連接件計(jì)算.隔震支座及其連接件上作用有上部結(jié)構(gòu)傳來的軸力、剪力及彎矩，因?yàn)楦粽饘禹敳苛簞偠纫话愣急容^大，所以可以認(rèn)為柱底彎矩全部由梁承擔(dān)，隔震支座上下部的連接方式如圖3所示.

圖3 隔震支座上下部連接示意圖Fig.3 Upper and lower connection

連接鋼板如圖4所示.連接鋼板通過螺栓與預(yù)埋在混凝土構(gòu)件中的預(yù)埋鋼板進(jìn)行連接.預(yù)埋鋼板如圖5所示.

(7)下部結(jié)構(gòu)計(jì)算.為便于隔震支座的安裝施工，地下室柱的截面如圖2所示，同時(shí)在支墩上端加配兩層間距100 mm的雙向Φ12@150鋼筋網(wǎng)片.

(8)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)選用圖、表計(jì)算后編制標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)選用圖、表，供設(shè)計(jì)人員參考，篇幅所限不再一一列出.

圖4 隔震支座連接鋼板Fig.4 Connecting plate

圖5 隔震支座預(yù)埋鋼板Fig.5 Embedded plate

3 隔震效果影響因素分析

3.1 住宅層數(shù)的影響

如圖6所示，隨住宅層數(shù)的增加，水平向減震系數(shù)大體逐漸減小，但逐漸趨于平緩.

3.2 住宅總長度的影響

如圖7所示，隨住宅總長度的增加，水平向減震系數(shù)大體逐漸減小，但逐漸趨于平緩.

4 結(jié)論

筆者研究證明:對(duì)于6層以下的村鎮(zhèn)住宅建筑結(jié)構(gòu)，隨住宅層數(shù)的增加及住宅平面總長度的變大，隔震效果大體上逐漸增強(qiáng)，但變化逐漸趨于平緩.主要原因是層數(shù)較低住宅在隔震計(jì)算選擇隔震支座時(shí)主要是由罕遇地震下隔震層的水平位移控制的，因此所選隔震支座直徑較大，剛度偏大，則隔震效果下降;而層數(shù)較高時(shí)，則隔震支座的選擇主要是由豎向荷載起控制作用，因此隔震支座的剛度較為適中，隔震效果較好.

未來農(nóng)村建設(shè)處于保護(hù)耕地及集約式發(fā)展的需要，在未來農(nóng)村住宅建設(shè)中，多戶聯(lián)建及豎向空間的拓展將是一個(gè)重要的發(fā)展方向.在這種變革下，村鎮(zhèn)住宅隔震結(jié)構(gòu)的這一特點(diǎn)將為農(nóng)村住宅防震性能的提升起到更大的作用.

［1］唐家祥.隔震與消能減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)定［J］.工程抗震，1999，15(3):13-17.

［2］SKINNER R I，ROBINSOW W H，MCVERRYO G H.工程隔震概論［M］.謝禮立，周雍年，趙興全，譯.北京:地震出版社，1996.

［3］中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).CECS 126:2001疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)，2001.

［4］中華人民共和國建設(shè)部.GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［5］周錫元，吳育才.工程抗震的新發(fā)展［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2002.

［6］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.