建筑框架隔震技术设计及施工应用分析

薛建波

云南青山项目管理有限公司

摘要 随着地震的频繁发生，人们的防震减灾意识不断增强，在建设工程中隔震技术得到了越来越广泛的运用。本文研究了框架结构隔震设计的方法和应用，首先介绍了框架隔震技术的前期咨询工作，研究了框架设计的要点。

关键词 框架隔震，设计，施工应用

引言

我国是地震多发国家，随着地震频率的增加，公众防震防灾意识不断提高，建筑隔离技术受到人们的高度评价。与常规框架结构的隔震设计相比，隔震设计主要是通过安装隔震层来吸收地震能量，延长结构体系的自震抗震周期，降低上层建筑结构体系的地震反应。随着社会和科学技术的发展，建筑隔震技术在一些地震频发的高强度地区得到了广泛的应用。

一、基础隔离结构的应用

隔震系统能够有效地延长上部结构的自振周期，减轻了建筑结构受地震的影响。也就是说，可以有效地降低地震对建筑物上部结构的破坏，确保建筑物的整体安全性。结合建筑物的高度、占地面积、变形、地址条件等因素，进行基础隔震设计，在进行设计时，考虑减震的影响，最好满足以下条件：因基础较软，应选择土质较硬的场地，因为软弱地基上的隔震建筑在遇到地震时，上部结构的振动时间会比较长，对建筑物的上部结构会产生较大的破坏，很难达到结构减震的效果；隔震建筑的结构最好低一些，太高的结构会让结构在隔震前的振动周期变少，而隔震后的振动周期变长，隔震效果比较差；因为上部结构因纵横比过大而旋转，可能造成隔震支撑，结构和钢结构的隔震建筑物之间需要有一定的间距，使隔震建筑物能够在地震中进行摇动。基础与上部结构之间需要对隔震器进行安装，尽可能将地震作用与结构外部隔离。

二、框架隔震技术的前期咨询工作

建设项目在进行隔震设计前尚处于施工规划阶段时，建设单位可以聘请有经验的专家或委托专业咨询机构对框架隔震技术进行前期咨询工作。结合项目的局部设防强度、结构高度、纵横比、结构形式、有无地下室、技术可行性、框架分离方案等，对框架结构的设计进行详细讨论，指出水工等主要设计考虑并提供相应的结构措施意见和建议。

（1）在前期咨询工作中，应注意以下问题：

第一，框架建筑的经济问题。框架隔震技术对客户来说是否经济是一个非常重要的问题，随着隔震技术的引入，隔震支架和隔震结构措施的成本相应增加，但是在上层的梁柱截面积有效地减少了，房屋的混凝土以及钢筋的用量都有效地减少了，房屋内可使用的面积变大了。因此，在前期工作中，需要对隔震建筑的经济性和合理性进行严格的分析，通过分析多个工程发现，在地震高发的地区运用隔震技术的经济效益是最大的。

第二，隔震建筑物的适用性。目前，隔震技术在我国主要应用于对安全要求较高的高档住宅、学校、银行等；对使用功能有特殊要求的建筑，如使用功能不能出现断裂的医院、电信、消防等；或存放价值比较高的建筑物，如博物馆、档案馆、纪念碑等。由于隔震器只对地震作用有效，在风荷载或其他水平荷载的作用下，隔震器更适合倾覆。同时，应在地震级别比较高的地区建设隔震建筑物，并选择稳定性较好的基础类型。

第三，隔震建筑物的纵横比。在确定方案时，应考虑结构的规律性，结合我国目前的技术条件，限制纵横比是解决隔震结构防倾覆问题的有效方法。结合橡胶绝缘支座的抗拉屈服强度低的情况，结构的变形需要符合剪切变形的要求，建筑物的高宽比小于4或受相关规范限制规定，非地震结构的纵横比。因此，在施工规划阶段，需要咨询专家或委托相关咨询机构进行事前咨询，合理评估框架隔震方案的设计，并指出问题和解决办法。

（2）框架隔震的设计思路

咨询工作完成后进行隔震设计时，需要从安全和经济的角度，综合分析建筑物的隔震强度、施工条件、功能、施工技术等因素。需要运用隔震技术的，应进行前期设计，除满足有关规定外，还应合理确定抗震支架的类型和布置方式。现在国内的框架隔离设计一般是运用局部设计的方式，也就是把整个框架隔震设计分成上部结构、隔震层、下部结构以及基础部分的设计的阶段。

四、框架隔震建筑设计的要点

（1）框架隔震层的位置

对隔震层的位置进行合理的设计，是隔震设计的重点。当建筑物没有设计地下室时，需要设计隔震层，隔震层的高度需要在40米之内，太高对结构不利，经济较低，太低在对隔震层进行维护时不太方便。对于建筑物设计地下室的，可以在地下室层设置框架隔震层，框架隔震支座可以在地下室的柱或墙的顶部、底部进行设计。一般会使用墙底来隔离框架确定支撑的位置。工程经验表明，大多数都放置在地下室柱或墙的顶部，避免了单独支撑的成本增加，并确保了框架隔离建筑的经济性。但是，如果在柱子的上部安装隔震支架，那么下柱不可避免地会变得很粗，不适合地下室使用，因此可以将下支架填入牛腿或张拉梁设置在下柱的上部。

（2）框架隔震支架数量、规格及布置

对于隔震层的抗震支架的设计，需要结合隔震层的刚度中心以及上部结构的重心进行统一，最大程度的降低扭转效应。确定了垂直承载能力、横向刚度和阻尼的要求。在对不同规格的防震支架进行选择的过程中，需要综合考虑不同的防震支架之间的承载力和水平变形情况，安装在隔震层上的防风林应在建筑物周围对称分布。

（3）框架隔震结构计算

建筑物隔震设计的计算分析包括计算模型、地震波选择和地震作用计算。对于框架结构，隔震系统的计算图采用剪切式结构模型，使用模态分辨反应谱，对地震影响系数曲线，根据其含义，计算结果应取时程法和模态分辨反应谱法的平均值中较大者。在计算水平阻尼系数时，由于地震频繁，多层结构的层间剪力按时程分析法计算。水平阻尼系数基于结构隔离和非隔离情况下各层之间剪切力的最大比值。

五、框架隔震建筑设计与应用目标

框架隔震设计的关键是确定初步的隔震设计目标。一是在对建筑的上部结构进行设计时，依然是运用比较传统的抗震设计方法，但应降低水平抗震作用，不降低局部钢筋强度。其次，由于多层橡胶支座不能隔离竖向隔震作用，所以在设计上部结构时竖向隔震作用不变，特别是对于高强度地区，在设计隔震时考虑的竖向隔震作用建筑物远高于常规隔震建筑物。从6层开始，可以通过使用额外的框架结构提前确定隔震程度，目标是将隔震降低1.5度左右，如果6至12层位于高强度区域，框架-剪力结构或剪力墙结构一般将隔震目标设置1度，可以降低更多。一般来说，隔震建筑的隔震指标高于非隔震建筑的隔震指标，只有高于隔震建筑的隔震指标才能反映抗震建筑的安全性。

结语

框架结构隔震技术的抗震效果非常好，在美国、日本等比较发达的国家中，其在理论和实际工程中都获得了较大的成果，我国也越来越重视这方面的研究。隔震技术的发展，在框架结构的隔震设计过程中，需要了解隔震结构与现有结构的一致性，并特别注意差异。降低地震对建筑物的伤害，降低由于地震造成的经济损失，因此在建筑工程设计时对抗震的要求越来越高。随着信息技术水平的不断提升，房屋建设中的防震也发挥着越来越重要的作用，极大地促进了隔震设计技术的快速发展。因此，作为现代建筑设计师，必须不断完善框架隔震设计方法，积极推动隔震技术的有效应用，推动建筑设计的发展。

参考文献

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