劉 洋

中鐵十六局集團(tuán)第四工程有限公司

框架式建筑抗震設(shè)計(jì)與施工

劉 洋

中鐵十六局集團(tuán)第四工程有限公司

地震是地球上主要的自然災(zāi)害之一,地震產(chǎn)生的地震波可直接造成建筑物的破壞甚至倒塌,而我國(guó)恰巧處于歐亞與環(huán)太平洋兩大地震帶的交匯處，近些年我國(guó)多次發(fā)生地震災(zāi)害，給人民生命及財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重危害，因此，建筑工程中應(yīng)重視抗震設(shè)計(jì)和施工。

框架式；建筑；抗震

1 概述

1.1 傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)一般采用框架結(jié)構(gòu)(適用于不高于30m的底層建筑)以及框架—抗震墻結(jié)構(gòu)—（自70年代以來(lái)，我國(guó)建設(shè)的不高于25層的民用建筑以及不高于8層的工業(yè)建筑）。

1.2 新型抗震結(jié)構(gòu)

框架—抗震墻結(jié)構(gòu)是現(xiàn)在主要運(yùn)用的抗震結(jié)構(gòu)，但是在實(shí)際運(yùn)用中，發(fā)現(xiàn)一些高層建筑的抗震墻設(shè)置了很多，但是并沒(méi)起到應(yīng)有的效果，因此，我們現(xiàn)在引進(jìn)一種新型材料來(lái)強(qiáng)化框架—抗震墻結(jié)構(gòu)。

HRD支座為高阻尼隔震橡膠支座的簡(jiǎn)稱(chēng)，該產(chǎn)品研發(fā)的依據(jù)是基礎(chǔ)隔震的概念，傳統(tǒng)隔震方式為抗震墻,即“以剛克剛”對(duì)的被動(dòng)方式，而該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了“以柔克剛”的主動(dòng)隔震方式，一場(chǎng)8級(jí)地震在合理的運(yùn)用了HRD支座以后，那么這棟建筑物就只需要大約承受5.6級(jí)的地震就可以了，大大降低了建筑成本。

2 工程概況

昆明倘甸產(chǎn)業(yè)園區(qū)暨轎子山旅游區(qū)第一高級(jí)中學(xué)工程，項(xiàng)目面積為101894㎡；其中：教學(xué)樓20521㎡，試驗(yàn)行政樓15056㎡，宿舍36906㎡，圖書(shū)館5309㎡，食堂6222㎡，報(bào)告廳1087㎡，室內(nèi)體育館6942㎡，地下室9442㎡，大門(mén)117㎡，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)292㎡；教學(xué)樓、圖書(shū)館以及實(shí)驗(yàn)樓設(shè)置HRD支座；其教學(xué)樓地下室為整個(gè)項(xiàng)目隔震施工的核心部位，教學(xué)樓建筑檐高21.4m。地上與地下分別設(shè)計(jì)5層、1層，HRD支座設(shè)置于首層與地下一層之間，其中隔震部件為HRD支座，隔震層高度是1.8m。

3 施工技術(shù)及研究成果

3.1 總體施工方案

施工前必須對(duì)圖紙進(jìn)行核對(duì)，通過(guò)列表分析各個(gè)框架所設(shè)置的HRD支座，HRD支座的采購(gòu)應(yīng)當(dāng)及時(shí)，并將框架結(jié)構(gòu)分模塊分批進(jìn)行制作并運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)工作人員需對(duì)到貨材料進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)合格后方可按圖表需要分批次，分塊放置在施工現(xiàn)場(chǎng)備用。

3.2 HRD支座的施工技術(shù)

3.2.1 施工特點(diǎn)

(1)可準(zhǔn)確控制HRB支座安裝的軸線(xiàn)及標(biāo)高。

(2)安裝施工簡(jiǎn)便，施工安全、快速，對(duì)施工環(huán)境要求較低，可在各種復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行安裝調(diào)試。

3.2.2 工藝原理

(1)通過(guò)柔性層對(duì)地震能量進(jìn)行隔離、耗散，防止低能量傳輸?shù)缴喜拷Y(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者通過(guò)長(zhǎng)期分析研究，產(chǎn)生了隔震減震技術(shù)。該技術(shù)是通過(guò)HRD支座安裝于建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)位置，所形成的隔震層能夠增大阻尼、延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)自振周期，降低向上層結(jié)構(gòu)輸送能量的目的，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)期的防震要求。由地震模擬實(shí)驗(yàn)表明：隔震層可將地震的破壞性縮減為原來(lái)的1/8（見(jiàn)圖1）：

圖1 HRB支座布置圖

圖1中的①法蘭盤(pán)；②橡膠隔震墊；③高強(qiáng)度螺栓；④澆筑平臺(tái)中的預(yù)留的套筒；⑤連接鋼筋；A指隔震層以下結(jié)構(gòu)；B指下支墩；C指上支墩；D指隔震層上部結(jié)構(gòu)。

(2)HRD支座的安裝標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)綜合考慮其使用狀態(tài)、框架結(jié)構(gòu)形式以及地震的烈度，根據(jù)HRB支座的安裝標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)提煉、完善后形成本施工方法。

3.2.3 工藝流程

施工前必須對(duì)圖紙進(jìn)行嚴(yán)格核對(duì)，通過(guò)列表的方式根據(jù)型號(hào)和數(shù)量分別對(duì)HRB支座以及其他零配件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。其施工工藝流程見(jiàn)圖2

圖2 HRD支座的施工流程

3.2.4 操作方法

(1)下支墩鋼筋的綁扎，套筒、錨筋的預(yù)埋

下支墩綁扎鋼筋的施工流程按常規(guī)進(jìn)行，如果安裝錨筋時(shí)受到主筋或箍筋的影響，需要對(duì)其位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，鋼筋柱體垂直度和平行度的調(diào)整通過(guò)臨時(shí)支撐的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)；待模型鋼筋安裝完成后預(yù)支澆口套筒，做法是：1）支墩各角位置進(jìn)行短鋼筋的焊接，設(shè)計(jì)標(biāo)高線(xiàn)繪制于支墩的頂部；2）在支墩頂部拉上十字線(xiàn)；3）定位鋼板上通過(guò)墨斗彈上十字線(xiàn)；4）待確定定位鋼板位置準(zhǔn)確后，點(diǎn)焊固定；5）套筒、錨筋安裝于定位鋼板孔洞的位置，塑料套管完成放置后通過(guò)螺栓進(jìn)行擰緊；6）套筒與錨筋均通過(guò)電焊加固的方式焊接于鋼筋的骨架之上，避免套筒發(fā)生變形。

(2)隔震層以下混凝土的澆筑

必須重視套筒以及定位鋼板的保護(hù)工作。

(3)下支墩立邊模，混凝土澆筑

操作要點(diǎn)：1）混凝土進(jìn)行澆注時(shí)應(yīng)注意其密實(shí)度，位于定位鋼板下部的混凝土易發(fā)生空洞，因此在混凝土進(jìn)行澆注時(shí)，進(jìn)料應(yīng)在定位鋼板面之上，同時(shí)進(jìn)行加強(qiáng)振搗；3）完成混凝土的澆搗之后，應(yīng)當(dāng)通過(guò)標(biāo)高線(xiàn)對(duì)混凝土表面進(jìn)行找平，確保其平整度；4）定位鋼板在混凝土完成初凝后進(jìn)行拆除，同時(shí)磨平混凝土表面，此外應(yīng)當(dāng)避免套筒中落入混凝土。

(4)安裝隔震橡膠支座

當(dāng)混凝土達(dá)到70%的強(qiáng)度后，再進(jìn)行隔震橡膠支座的安裝，具體安裝步驟是：1）將混凝土平臺(tái)上不平的地方打磨平整；2）將所需的不同型號(hào)HRD支座安裝到位；3）采用一定的工具使抗震膠墊能夠移動(dòng)到位，同時(shí)采用螺栓進(jìn)行緊固；4）將隔震橡膠支座抬高，縫隙位置墊厚度約2～3mm水泥漿，采用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行擰緊。5）對(duì)隔震橡膠支座的平整以及標(biāo)高等進(jìn)行復(fù)測(cè)，同時(shí)作好檢查記錄工作。

(5)上支墩立模

首先對(duì)上部的套筒及錨筋進(jìn)行安裝，然后通過(guò)扭矩扳手對(duì)其進(jìn)行擰緊；上支墩模板的支立必須嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行；下支墩的底部鋪設(shè)厚度為1mm的油毛氈，方便今后拆卸HRD支座。

(6)上支墩鋼筋綁扎

上支墩鋼筋完成下料以及彎制成形后，進(jìn)行鋼筋籠的綁扎，作為保護(hù)層設(shè)置于其底部的水磨石墊塊采用塔吊的方式完成安裝工作；然后對(duì)梁板鋼筋進(jìn)行綁扎，最后是對(duì)上層結(jié)構(gòu)的柱鋼筋進(jìn)行綁扎。

(7)上支墩澆筑砼

上支墩澆筑混凝土與下支墩相同。

3.2.6 施工效果

(1)是我國(guó)建筑水平提高的表現(xiàn)，我國(guó)目前已經(jīng)建設(shè)了超過(guò)1000座隔震建筑，成為世界上建設(shè)隔震建筑最大的國(guó)家之一，極大的降低多震地帶發(fā)生地震時(shí)對(duì)人身及財(cái)產(chǎn)的傷害和損失。

(2)有利于節(jié)約資源。通過(guò)采用隔震技術(shù)，極大的降低了用于上部結(jié)構(gòu)的鋼用量，同時(shí)隔震層的上層結(jié)構(gòu)混凝土用量以及鋼用量分別降低了20%和50%，不僅是對(duì)資源的節(jié)約，而且還有效減少了污染物排放，最終達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

3.3 框架的施工

3.3.1 適用范圍

整體裝配式框架結(jié)構(gòu)特別適用于柱距單一，單層面積較少的住宅施工以及標(biāo)準(zhǔn)型寫(xiě)字樓施工。

3.3.2 工藝原理

以每層、每戶(hù)為標(biāo)準(zhǔn)單元，將結(jié)構(gòu)拆分成不同種類(lèi)的便于制造與安裝構(gòu)件并繪制零件圖紙。

梁、板等水平構(gòu)件采用疊合形式，除外墻樓梯等構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)澆筑外，其余構(gòu)件全部采用工廠定制，簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)施工，縮短了周期，減少了現(xiàn)場(chǎng)施工人員的數(shù)量。

4 施工效益

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

由于此樓建設(shè)速度快，能促使資金早日回籠，同時(shí)滿(mǎn)足客戶(hù)迫切的需求，在規(guī)?；a(chǎn)后，建設(shè)資金可節(jié)約20%-30%，同時(shí)相比較傳統(tǒng)建設(shè)方法，可節(jié)省工期3-4個(gè)月，在質(zhì)量方面，由于經(jīng)過(guò)前期的設(shè)計(jì)，主體結(jié)構(gòu)的制作是采用工廠化模式進(jìn)行的，有效防止了由于施工現(xiàn)場(chǎng)原因而導(dǎo)致的質(zhì)量上的通病。

4.2 社會(huì)效益

該技術(shù)由于具有施工簡(jiǎn)易、可靠安全的優(yōu)點(diǎn)，因此能夠保證其工程質(zhì)量，同時(shí)明顯減小安裝所需的時(shí)間，相比于傳統(tǒng)的施工方法可以在人工上節(jié)約30%；常規(guī)的周轉(zhuǎn)材料上可以節(jié)約約8%；內(nèi)外裝飾所需的工期較短，因此竣工工期能夠縮短將近20%；基本上能夠防止現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行濕作業(yè)，建筑垃圾能夠減小約70%，施工用水節(jié)約50%左右，有效降低了噪音的污染，具有明顯的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

隔震支座由于對(duì)地震波進(jìn)行了大量的吸收和減緩，只剩下原來(lái)1/4～1/8之間，同時(shí)加速度反映也減小了6倍，因此結(jié)構(gòu)受力大大減小，用于隔震層上層結(jié)構(gòu)的混凝土量和鋼筋量分別降低了20%、50%，減去隔震橡膠支座和隔震層的鋼筋混凝土費(fèi)用后，綜合效益節(jié)省在5%～9%之間，就有較大的社會(huì)效益。

[1]陳旻.建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)研究[J].山西建筑,2009(7).

[2]彭彤.對(duì)建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2009(2).