隔振技术在建筑施工中的应用.docx

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隔振技术在建筑施工中的应用

隔振结构的建筑施工技术

作者陆京海

中文摘要

隔震技术是在建筑物与基础之间设置隔震装置，把建筑物与地面隔离，减小地震作用，减轻地震灾害。

与传统抗震建筑相比，隔震建筑的优越性为减灾效果好，地震作用减少到30%左右。

不损坏室内物品、设备，减少地震引起的人的心理恐慌。

对结构延性要求相对较低，上部基本处于弹性。

上部结构变形小，基本不损坏装修。

基本不中断人的正常生活与服务。

具有经济性，7度基本持平，8、9度节约3-5%。

大大降低地震损失（8-35%）及震后维修费，更容易被老百姓所接受。

在国内建筑施工中因施工单位对隔振技术和隔震橡胶支座缺少较详细的理论了解，多数施工单位在施工中也只注重隔振支座的预埋板安装，安装时只注重隔振支座的预埋板平整度和水平位置的要求。

从而在施工中为固定隔振支座的预埋板对结构钢筋进行伤害。

而隔振支座连接上下结构主体，结构主体受到影响，隔振支座也就无法发挥全作用。

从而导致施工中出现各种问题，影响隔振技术和隔震橡胶支座的使用效果和继续推广研究。

了解隔振技术并在施工中进行应用，是推广和进一步研究隔振技术的必要条件。

本人结合隔振技术的理论知识和在实际施工中发现的问题，对建筑隔振支座的施工技术进一步进行说明和论述。

关键词：

地震；抗震与隔振；施工技术

Abstract

Isolationtechnologyisprovidedbetweenthebuildingsandthebaseisolationdevice,isolatingthebuildingsandground,reducingtheupwardtransferofseismicenergy,andreducingearthquakedisasters.

Comparedwithseismicsuperiorityofisolationbuildingismitigationeffect,reducingtheearthquaketo1/4to1/8.Withoutdamaginginterioritems,equipment,reducingearthquakepanic.Lowductilityrequirementsforthestructure,theupperisflexible.Structuraldeformation,nodamagetothebasicdecoration.Itbasicallydoesnotinterruptpeople'snormallifeandservices.Itisveryeconomical,when7degreesisbalance,8or9degreessaving3-5%.Greatlyreduceearthquakelosses（8-35%）andmaintenancecostsaftertheearthquake,morelikelytobeacceptedbythepeople.

Constructioninthecountryduetotheconstructioncompanyoftherubberbearingisolationtechnologyandthelackofamoredetailedunderstandingofthetheory,themajorityoftheconstructioncompanyonlyfocusonembeddedboardsbearingisolatorinstallationduringconstruction,onlyfocusontheinstallationofvibrationisolationembeddedbearingplateflatnessandhorizontalpositionrequirements.Resultingstructuralsteelplatesbehurtinthecourseofconstructionforfixedbearingisolatorembedded.Theisolationbearingstructureconnectingtheupperandlowerbody,thestructureofthebodyisaffected,vibrationisolationbearingswillnotbeabletoplayafullrole.Resultingofvariousproblemsinthecourseofconstruction,itdoesaffecttheresultsandcontinuetopromoteresearchofrubberbearingisolationtechnology.

Understandingisolationtechnologyanditsapplicationduringconstruction,whichisanecessaryconditiontopromoteandfurtherstudiesisolationtechniques.Icombinetheoreticalknowledgeandisolationtechnologyissuesfoundintheactualconstructionofthebuilding,makeafurtherstepinstructionsanddiscussionwithconstructiontechnologyofisolationbearingsconducted.

Keywords:

Earthquake;Seismicandvibrationisolation;Constructiontechnology;

引言

2008年5月12日14时28分四川汶川发生8.0级地震最终确认69227人遇难，374643人受伤，失踪17923人。

直接经济损失8452亿。

2010年9月4日新西兰克赖斯特彻奇发生7.2级地震。

在此次大地震仅仅造成2人受伤，无人死亡。

2011年3月11日，日本当地时间14时46分，日本东北部海域发生里氏9.0级地震并引发海啸，此次地震及其引发的海啸已确认造成13232人死亡、14554人失踪。

直接经济损失13600亿。

三次地震比较新西兰：

震级7.2、伤亡2，中国：

震级8.0、伤亡461793，日本：

震级79.0，伤亡27786。

结论：

新西兰和日本地震均比中国汶川地震造成的伤亡小很多！

以上两国均采用了隔震技术。

引进隔震技术，并尽快应用于我国建筑以提高建筑物的抗震等级，是保证人民生命财产的有效途径！

隔震橡胶支座是在建筑物的上部结构与基础顶面之间设置一层具有足够可靠性的隔震层，使上部结构与基础分离，阻隔地震波向上部结构的传播，使输入结构的地震能量被隔震层的耗能元件吸收，减少结构变形，对主体结构实现有效保护，提高结构安全性。

在建筑物的基础顶面设置建筑隔震橡胶支座实现减震，近年来已在国内外地震高烈度区得以应用。

在国内建筑施工中因施工单位对隔振技术和隔震橡胶支座缺少较详细的理论了解，导致施工中出现各种问题，影响隔振技术和隔震橡胶支座的使用效果和继续推广研究。

了解隔振技术并在施工中进行应用，是推广和进一步研究隔振技术的必要条件。

1、隔振技术的概述

1.1、隔振技术的概念

隔震技术是在建筑物与基础之间设置隔震装置，把建筑物与地面隔离，减少地震能量向上传递，减轻地震灾害。

抗震建筑隔震建筑

与抗震建筑相比隔震建筑的优越性为减灾效果好，地震作用减少到1/4～1/8。

不损坏室内物品、设备，减少地震恐慌。

对结构延性要求低，上部处于弹性。

结构变形小，基本不损坏装修。

基本不中断人的正常生活与服务。

具有经济性，7度基本持平，8、9度节约3-5%。

大大降低地震损失（8-35%）及震后维修费,更容易被老百姓所接受。

隔震装置的主体为隔震橡胶支座。

隔震橡胶支座是在建筑物的上部结构与基础顶面之间设置一层具有足够可靠性的隔震层，使上部结构与基础分离，阻隔地震波向上部结构的传播，使输入结构的地震能量被隔震层的耗能元件吸收，减少结构变形，对主体结构实现有效保护，提高结构安全性。

在建筑物的基础顶面设置建筑隔震橡胶支座实现减震，近年来已在国内外地震高烈度区得以应用。

1.2、隔振技术与抗震技术的对比

2008年5月12日14时28分，一个令人刻骨铭心的时刻，四川汶川，发生新中国历史上破坏性最严重的地震灾难。

此次地震波及面之广，破坏力之大，伤亡之惨重，震惊了世界人民。

而我国现在的防震技术已经达到世界水平，只要采用先进的防震设计，像5.12汶川这样的地震所产生的后果是完全可以减轻的。

21世纪的中国拥有与美国、日本等先进国家同等级的防震技术——基础隔震技术。

当前最先进的基础隔震技术是通过高新技术产品——建筑隔震橡胶支座，将上部建筑结构与下部地基结构隔离，由于建筑隔震橡胶支座中的隔震层刚度小，柔性强，当地震发生时隔震层将发挥“隔”的作用，代替上部结构承受地震强烈的位移动力，以此来隔离或耗散地震的能量，避免或减少地震能量向上部结构传输，此时,由于隔震层的作用，延长结构的周期并给予较大的阻尼，使上部建筑结构的反应相当于不隔震情况下的1/4～1/8，近似平动，从而“隔离”了地震的作用。

传统的建筑抗震技术主要特点是“抗”：

上部建筑的基础与地基牢固的联结在一起，由于地震作用，引起上部建筑结构一起发生运动，此时上部结构就像电路上的放大器，对地面运动的作用力进行惯性放大作用（一般建筑物可放大2～5倍），所以上部建筑结构要承受比地面还要大的地震作用破坏力，当建筑材料超过极限承载能力后，建筑物就会发生破坏、坍塌等地震灾害现象。

从以上对比可以看出，基础隔震技术从“抗”到“隔”，突破了人们的传统设计观念。

1.3、隔振技术中的建筑隔振橡胶支座的应用实例

早在20世纪90年代中期，建筑隔震橡胶支座就表现出了它出色的隔震性能。

日本阪神地区的一次地震，就是真实一例。

1995年日本阪神7.2级地震中，有2幢隔震结构建筑取得了地震观测记录。

西部邮政大楼建筑面积46000平方米，6层，是日本最大的隔震建筑。

地震记录观测地面1层水平方向的最大加速度只有基础的1/3-1/4，该建筑震后完好，设备无损，在救灾中发挥了较大作用，隔震效果得到了充分发挥。

Matsumura-Gumi研究所大楼为3层隔震楼，该大楼和毗邻的管理大楼为3层非隔震楼，两栋都得到了地震观测记录。

隔震楼1层最大加速度值比基础减小，而非隔震楼屋面最大加速度比隔震楼大2-5倍。

与此例相似，1994年洛杉矶6.7级地震，31座医院严重破坏，9座医院局部破坏而疏散，USCUniversity医院为地下1层，地上7层的隔震结构，地震中丝毫未损，没有一个花瓶摔下，医院周围建筑物普遍严重破坏，医院屋内人员竟然未意识到发生了强烈地震，各种设备未损坏，医院功能得到维持，成为救灾中心，对震后紧急救援起到了十分重要的作用。

而距离1公里外的洛杉矶中心医院造成损失达3.89亿美元。

  1994年台湾集集7.3级地震,汕头市烈度为6度,种类房屋摇晃厉害，居民惊慌失措，水桶里的水溅出了1/3左右，而陵海路隔震楼上的人无震感，不知道地震发生。

  1995年云南武定6.5级地震，地震发生时，大理震感强烈，而橡胶垫隔震建筑-大理州交通指挥中心大楼中的大多数人没有感觉，不知道地震发生。

1996年，云南丽江发生7级强烈地震。

西昌市国税局宿舍楼为六层隔震楼。

在楼上居住的职工，只是感到轻微的晃动，而相邻的一幢常规抗震楼只有四层高，楼上居住的人摇晃十分厉害，惊慌失措往外逃跑。

当前最先进的基础隔震技术是通过高新技术产品—建筑隔震橡胶支座，将上部建筑结构与下部地基结构隔离，由于建筑隔震橡胶支座中的隔震层刚度小，柔性强，当地震发生时，隔震层将发挥“隔”的作用，代替上部结构承受地震强烈的位移动力，此时上部建筑结构的反应相当于不隔震情况下的1/4～1/12，近似平动，从而“隔离”了地震的作用！

1.4、建筑隔振橡胶支座的特点及原理

建筑隔震橡胶支座的特点为：

1、建筑隔震橡胶支座具有足够的耐久性（一般寿命为80～100年，期间的隔震力学性能不会发生明显变化，也就是说在80年之内不会影响使用），与建筑物具有同等寿命！

2、具有足够的安全储备，水平变形250%不会影响使用，另外具有足够竖向承载力保证稳定的支撑建筑物。

3、设计及施工方便。

4、因其设计与配方科学合理，与传统的抗震结构相比，上部结构的地震反应减小到前者的1/4～1/12左右，安全可靠度大大提高，建筑的设防目标一般可以提高一个设防等级；传统的设防目标是“小震不坏，中震可修，大震不倒”，而隔震建筑能做到“小震不坏，中震不坏或轻度不坏，大震不丧失使用功能，”其潜在的经济效益和社会效益是十分可观的，所以已经面向全国及全社会建筑设计单位进行普及与推广。

对建筑物地震反应有重要影响的因素主要有两个：

一个是结构的周期，另一个是阻尼比。

普通非隔震中低层建筑物的刚度大、周期短，其基本周期正好在地震输入能量最大的频段上。

因此相应的加速度反应比地面运动放大得多，而位移反应却较小。

如果延长建筑物的周期，而保持阻尼不变，则加速度反应被大大降低，但位移反应却有所增加。

如果继续加大结构的阻尼，加速度反应则继续减弱，且位移反应也得到明显降低这就是说，通过隔震支座来延长结构的周期并给予较大的阻尼，就可使结构上的加速度反应大大降低。

同时，对结构产生的较大位移也是由隔震支座中的隔震层来提供，而不由上部结构自身的相对位移来承担。

这样，上部结构在地震过程中就会发生接近平移的运动，大大提高了上部结构的安全度。

建筑隔震支座的原理为：

在多层橡胶支座中设置圆柱铅芯，多层橡胶支座承担建筑物重量和水平位移的功能，铅芯在多层橡胶支座剪切变形时，靠塑性变形吸收能量，地震后，铅芯又通过动态恢复与再结晶过程，以及橡胶的剪切拉伸力的作用，建筑物自动恢复原位。

由于隔震器和阻尼器融为一体，可大大节约建筑空间，降低成本，同时施工简洁方便，工程质量易于保证。

所谓基础隔震，是在建筑物的上部结构与基础顶面之间设置一层具有足够可靠性的隔震层，使上部结构与基础分离，阻隔地震波向上部结构的传播，使输入结构的地震能量被隔震层的耗能元件吸收，从而大大减少上部结构的地震反应，以保证建筑物的安全。

1.5、建筑隔振橡胶支座的构造

建筑隔震橡胶支座由多层橡胶和多层钢板交替叠置与铅心组合而成，对应不同建筑、桥梁的要求，隔震橡胶支座可以有不同的叠层结构、制造工艺和配方设计，以满足所需要的垂直钢度、侧向变形、阻尼、耐久性、倾覆提离等性能要求，并保证具有不少于60年的使用寿命。

其中钢板、橡胶与铅心的作用分别为：

薄钢板对橡胶片在竖向荷载作用下的横向变形进行约束，使隔震橡胶支座具有非常大的竖向刚度，但又不影响它的水平刚度。

即隔震支座的竖向刚度接近常规构件。

橡胶片提供水平位移，降低水平刚度。

即隔震支座的水平刚度是其竖向刚度的千分之一。

铅芯既可提供阻尼，增加支座的耗能，又能增加支座的初始刚度，抵抗风荷载作用以及行车荷载作用等。

1.6、建筑隔振橡胶支座的优点及主要性能

1.5.1、建筑隔震橡胶支座支座的优点：

建筑隔震橡胶支座除了本身的隔震力学性能满足抗震设计及使用要求外，还具备以下优点：

一是建筑隔震橡胶支座耐久性好，抗低周期疲劳性能、抗热空气老化、抗臭氧老化、耐酸性、耐水性均较好，其寿命可达80～100年，期间的隔震力学性能不会发生明显变化，也就是说在80年之内不会影响使用，可见，与建筑物具有同等寿命。

二是具有足够的安全储备，水平变形250%不会影响使用，另外具有足够竖向承载力保证稳定的支撑建筑物，建筑隔震橡胶支座结构中的隔震层具有稳定的弹性复位功能，能在多次地震中自动瞬时复位．这是摩擦滑移隔震体系所完全不能相比的。

三是设计及施工方便。

因建筑隔震橡胶支座的设计与配方科学合理，与传统的抗震结构相比，上部结构的地震反应减小到前者的1/4～1/8左右，安全可靠度大大提高，建筑的设防目标一般可以提高一个设防等级；传统的设防目标是“小震不坏，中震可修，大震不倒”，而隔震建筑能做到“小震不坏，中震不坏或轻度不坏，大震不丧失使用功能，”其潜在的经济效益和社会效益是十分可观，按施工经验，隔震结构一般比非隔震结构造价降低7%～15%。

1.5.2、建筑隔震橡胶支座的主要性能要求。

项目

技术指标

竖向极限压力

≥100Mpa

水平位移为支座内部直径0.55倍状态的极限压应力

≥30Mpa

竖向极限拉应力

≥1.5Mpa

水平极限变形能力

极限剪切变形不应小于橡胶总厚度的350%

阻尼比

≥5%

耐火性能

竖向极限压应力和竖向刚度的变化率不大于30%

因其设计参数较多，详细可见标准《GB20688.3-2006》。

2、我国隔振技术的现状及施工中存在问题

2.1、我国隔振技术的现状

隔震减震技术在国外早已广泛应用，我国研究起步较晚，目前也在逐步推广应用。

目前全国共有20多个省市修建了隔震工程，06年统计时约450万平米，基本覆盖了我国高烈度地震区。

2.2、建筑隔振支座施工中存在的问题

由于隔振技术在我国起步较晚，存在理论研究在前，实际施工与理论研究滞后的情况。

在现有的隔振支座安装技术施工技术交底和各类施工工法中大部分仅注重对隔振支座的预埋板安装介绍，但缺少施工前对设计图纸中钢筋、混凝土标号从施工角度的审查。

同时缺少施工中钢筋绑扎、模板支设、混凝土浇筑、成品保护的细节。

3、隔振技术中的建筑隔振支座的施工要点

3.1、建筑隔振支座的施工特点

3.1.1施工简易、安全，对人员及施工环境要求低。

3.1.2注意支座预埋件安装过程中，与结构钢筋打架的问题。

3.1.3要解决隔震橡胶支座安装时对轴线、标高的精度要求。

3.1.4要解决隔震橡胶支座上下部分结构混凝土的浇筑质量问题。

3.1.5要解决隔震橡胶支座在结构施工中的成品保护问题。

3.2、建筑隔振支座施工的特点适用范围

3.2.1按设计要求进行隔振施工的建筑物。

3.2.2新建、扩建、改建的工业、民用建筑与桥梁道路的隔振垫施工。

3.3、建筑隔振支座施工的工艺原理

结合钢结构预埋技术、混凝土浇筑技术。

设计专用支座固定件，满足支座固定的同时满足钢筋焊接的规范要求。

3.4、建筑隔振支座施工的施工工艺流程及操作要点

3.4.1施工工艺流程

下支墩钢筋绑扎-隔振支座下预埋钢板安装-下支座模板安装-下支墩混凝土浇筑-隔振支座安装-上预埋钢板安装-上墩座钢筋及相交处梁钢筋绑扎-上支墩模板安装-上支墩部分混凝土浇筑-模板拆除-成品保护

3.4.2操作要点

3.4.2.1下支墩钢筋绑扎：

（1）下支墩钢筋绑扎除满足普通钢筋绑扎的设计、质量规范要求外，要根据隔振支座预埋板锚固件的位置调整支墩钢筋，确保隔振支座预埋板锚固件可以顺利垂直的插入支墩内。

同时要求四周有一定的水平移动量。

如果设计图纸中下支墩钢筋过密影响支座预埋板锚固件的插入锚固，则需建议设计对下支墩钢筋进行调整。

下支墩钢筋进行调整可采取两种方式：

一、增大钢筋截面减少钢筋根数。

二、增大下支墩的结构截面。

切不可强行弯曲、截断下支墩钢筋以适应支座预埋板锚固件的插入。

（2）对支墩钢筋的的安装高度要根据隔振支座的设计标高，进行调整。

建议支墩钢筋的的安装高度与隔振墩的设计标高有40mm的预留调整量。

3.4.2.2隔振支座下预埋钢板安装：

（1）测量定位

在安装隔震装置的梁、柱等基础结构位置标出下预埋钢板“十字”中心线，并根据预埋钢板标高设置与中心线对应“十字”码线。

（2）隔振支座下预埋钢板初装

根据标识的十字中心线设置安装隔振支座下预埋钢板，并利用绑扎丝将其临时固定在支座钢筋上。

利用把预埋钢板底部的标高引测到架台立柱上，并根据该标高安装架台。

注意：

隔振支座下预埋板在加工时建议要求厂家在预埋板中心位置开直径大于300mm的混凝土灌注孔。

以方便混凝土的浇筑，同时避免预埋钢板下方混凝土浇筑不密实。

（3）隔振支座下预埋钢板的位置调整

调整步骤一：

调整下预埋钢板位置，使其中心线与十字线重合。

调整步骤二：

用三个木楔子塞在下预埋钢板和支墩钢筋之间，将下预埋钢板托到设计标高后，用水平尺及锲型塞尺检查其水平度，活动木楔子进行调整。

调整步骤三：

用精密水准仪、经纬仪及水准尺复核下预埋钢板轴线、标高、水平度，满足规范标准要求后用电焊把下预埋钢板固定支座钢筋上。

（4）隔振支座下预埋钢板的固定

用短钢筋把下预埋钢板四角和支墩钢筋焊上。

要求焊接牢固，焊接完毕后拆除木楔子，并用精密水准仪、经纬仪及水准尺复核预埋钢板轴线、标高、水平度。

要注意的是用电焊焊接固定支座钢筋和支墩钢筋时要求点焊，同时控制电焊电流，避免电焊电流过大出现主筋“咬肉”的情况。

3.4.2.3下支墩模板安装：

下支墩模板安装与普通柱模板、支墩模板安装方式基本相同。

严格执行模板验收规范。

下支墩模板安装影响下支墩的混凝土浇筑、结构尺寸、位置，并最终影响隔振橡胶支座的实际使用性能。

注意事项：

安装下支墩模板时要注意对预埋件的保护，校正模板时严禁在预埋板上施加作用力。

3.4.2.4下支墩混凝土浇筑：

下支墩混凝土浇筑，要求振捣密实。

灌注混凝土可以利用下预埋板上的混凝土浇筑孔。

浇筑时应注意；1、振捣棒尽量避免与预埋板接触，严禁振捣棒依靠在预埋板浇筑孔上进行振捣。

2、浇筑前预埋板的螺栓孔须进行保护，建议用正式螺栓临时将螺栓孔拧上，并用塑料胶带包裹密封。

3.4.2.5隔振支座安装：

（1）拆除下支墩模板并对下支墩混凝土表面进行清理。

（2）卸下预埋板上螺栓孔上的正式螺栓，并用打气筒清理螺栓孔。

（3）将隔振支座按预埋板上螺栓孔的位置对齐，并拧上正式螺栓。

当施工采用手动扳手时，应每天用扭矩测量扳手检测手动扳手的紧固位置是否正常，检查手动扳手的显示信号是否灵敏，防止超拧或紧固不到位。

螺栓应自由穿入孔内，严禁用锤子将高强度螺栓强行打入孔内。

螺栓的穿入方向应该一致，局部受结构阻碍时可以除外。

不得在下雨天安装螺栓。

螺栓垫圈位置应该一致，安装时应注意垫圈正、反面方向。

（4）螺栓的紧固：

螺栓全部安装就位后，可以开始紧固。

紧固方法一般分两步进行，即初拧和终拧。

应将全部螺栓进行初拧，初拧扭矩应为标准轴力的60%～80%，具体还要根据钢板厚度、螺栓间距等情况适当掌握。

若钢板厚度较大，螺栓布置间距较大时，初拧轴力应大一些为好。

初拧紧固顺序，根据螺栓紧固顺序规定，一般应从接头刚度大的地方向不受拘束的自由端顺序进行；或者从栓群中心向四周扩散方向进行。

这是因为连接钢板翘曲不牢时，如从两端向中间紧固，有可能使拼接板中间鼓起而不能密贴，从而失去了部分摩擦传力作用。

螺栓初拧应做好标记，防止漏拧。

一般初拧后标记用一种颜色，终拧结束后用一种颜色，加以区别。

为了防止螺栓受外部环境的影响，使扭矩系数发生变化，故一般初拧、终拧应该在同一天内完成。

如结构原因，使个别大六角头高强度螺栓穿入方向不能一致，当拧紧螺栓时，只准在螺母上施加扭矩，不准在螺杆上施加扭矩，防止扭矩系数发生变化。

（5）螺栓检查验收:

施工操作中的工艺检查。

（6）应注意的质量问题