框架结构建筑的隔震加固设计与施工

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摘要：通过结合福特亚太区4S旗舰店框架结构加固设计实例，讨论了该工程的隔震加固技术方案，并结合结构分析说明，探讨了该方案的施工技术以及加固过程中需要注意的问题，为以后类似框架结构加固设计及施工提供参考。

关键词：隔震；加固；框架结构

Abstract: through the combined with ford Asia Pacific 4 S flagship store frame structure reinforcement design example, discussed the project of isolation reinforcement technique scheme, and connecting with the structure analysis in this paper shows that, the paper discusses the scheme of the construction technology and reinforcement process need to pay attention to the problem that the frame structure after reinforcement design and similar construction to provide the reference.

Keywords: isolation; Reinforcement; Frame structure

中图分类号： TU352.1 文献标识码： A 文章编号：

1工程概况

本工程为福特亚太区4S旗舰店，建筑面积5093.8m2，地下1层为车库，层高3.3m，框架结构，该建筑结构设计抗震设防烈度为8度第一组，设计地震加速度为0.2g，多遇地震下αmax=0.16；设防地震下αmax=0.45；罕遇地震下αmax=0.90，场地类别为II类，特征周期Tg=0.45s。

2隔震改造方案分析

该建筑的地下室层高为3.3m，顶板为厚150mm的现浇钢筋混凝土板，刚度较好。为了不影响其建筑功能和正常使用，拟将隔震层直接设置在地下室柱头上，即采用地下室柱头隔震加固。

本工程选用铅芯橡胶隔震支座中的GZY350及GZY400这两种型号，100%水平变形等效刚度分别为882kN/m和1325kN/m，水平变形等效阻尼均为27%。隔震支座布置在地下室柱顶，隔震支座底面标高统一为2.4m。布置隔震支座时，在（1.2恒载+1.4×0.5活载）的轴力组合下，保证隔震支座压应力上限为15MPa。通过两种型号隔震支座的布置，使隔震层刚心与结构质心尽量重合，并将原结构的周期延长，避开上部地震作用峰值，从而提高上部结构降低1度的抗震设防目标。

3隔震结构分析

3.1计算模型的建立

采用通用结构分析软件Etabs9.5对隔震前后的结构进行结构建模和抗震性能分析。首先建立非隔震结构的有限元分析模型（见图1），模型的构件截面、材料以及荷载取值均和原设计图纸一致，然后在非隔震模型的基础上增加隔震层，布置叠层橡胶支座后形成隔震结构的有限元分析模型。其中上部结构梁、柱采用弹性杆单元，隔震垫采用非线性隔震单元模拟。

图1隔震结构有限元三维分析模型

3.2地震波选取

按照规范要求，地震波输入选择符合Ⅱ类场地的两条天然波（ElCentro（NS）波，Taft（NS）波）和一条人工波。小震水平地震波加速度幅值调至70gal，中震水平地震波加速度幅值调至200gal，大震水平地震波加速度幅值调至400gal。

图2罕遇地震水准下地震波拟合及规范反应谱

根据计算结果，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力均超过振型分解反应谱法计算结果的65%，3条时程曲线计算所得的结构底部剪力平均值均大于振型分解反应谱法计算结果的80%，满足规范要求。

3.3隔震效果

隔震前各阶周期和PKPM计算结果符合良好。隔震后X向一阶周期由0.7897s延长至1.8434s；Y向一阶周期由0.7543s延长至1.8278s。隔震后的一阶振型以隔震层沿X向平动为主，二阶振型以隔震层沿Y向平动为主，三阶振型以隔震层绕Z轴扭转为主。结构变形主要集中在隔震层。

表1设防地震作用下楼层剪力比（%）

表2罕遇地震作用下隔震层位移

隔震支座最大水平位移192mm，支座计算位移均小于GZY350、GZP400允许的最大位移192、220mm。

由计算结果可知，采用基础隔震技术后，层间剪力大大降低，最大层间减震系数小于0.4，可以将上部结构地震响应降低1.0度，达到现今抗震规范的设防要求。

4施工技术分析

（1）切断供水电管网：在施工前，先截断或移除穿越地下室水、电、煤气、通讯、暖气等管网设施，以免在施工中被破坏和引发安全事故，工程施工完毕加以恢复。

（2）基础开挖露出基顶阶台，拆除地下室内维护结构：原框架柱下为条形基础，中风化岩为持力层，承载力较高，经复核，原柱基可满足隔震加固后结构的抗震验算，且柱基顶阶面宽也可满足柱加固的尺寸要求。因此，原柱基不必做加固处理，只需开挖基坑至柱基顶阶面，便可进入下一步施工工序。

（3）框架梁柱处理：原地下室的框架柱在放入隔震支座后，将变成一端铰支一端刚支的受力构件，故需要进行加强，采用加大柱截面的方式。首先，将柱面的抹灰层铲除并凿毛；其次，按加固设计在柱面钻孔植入连接老混凝土2B12@400的锚筋；同时，对柱基顶阶台钻孔植入10B18柱纵筋。

（4）钢管顶升支撑：支撑钢管可采用Q235热轧无缝钢管，其长度、壁厚和截面根据工程荷载量选型确定。顶撑的制作，要求钢管立柱端部必须平整，两端需焊上15mm～20mm厚钢板，钢契宽度根据工程确定不小于160mm。安装时，为避免梁底或柱基面不平，可在立柱端的钢板上铺一层水泥砂浆，放好钢锲再放上立柱，使钢锲能在上下钢板间锲紧，均匀受力。

（5）剪切柱：顶撑支护好后，根据该建筑隔震层的标高放线，剪切框架柱时先将做上下承台处需要的原柱子钢筋凿出，可以从柱子的四个角开始凿除混凝土，然后割断钢筋，再将柱头修整平并将松散混凝土去除并用清水洗净。

（6）隔震支座安装：隔震支座施工质量的好坏直接影响着整个工程的改造施工质量。高强螺栓与套筒孔对齐，沾黄油后拧紧，拧紧过程分为初拧、复拧、终拧3个阶段，并在同一天完成。支撑隔震支座的支墩，其顶面水平误差不宜大于0.5%，当隔震支座安装后，隔震支座顶面的水平误差不宜大于0.8%；隔震支座中心的平面位置与设计位置的偏差不应大于5.0mm；隔震支座中心的标高与设计标高的偏差不应大于5.0mm。

（7）当隔震支座定位完成后，对上下支墩支模，浇筑混凝土，当混凝土养护到设计强度时，拆除临时支撑钢管：卸载施工时，必须确保卸荷结构及人员的安全，可先在框架梁1/3跨处，用临时钢管顶撑下带有压力表计量千斤顶加力，达到顶撑设计力值后，采用拍紧钢锲使力值完全过渡到卸荷钢管顶撑上，当千斤顶的压力表显示为零值时，便可拆除临时钢管顶撑，转移到另一侧梁跨1/3处，依次按上述方法用另一根卸荷钢管顶撑进行卸荷后，便可进入下道工序。

（8）地下室内恢复：上部结构与周边要有200mm的水平隔震缝，上下水、供暖管道、电气管线等穿越隔震层的管线要有足够长的柔性段，保证地震时上部结构有水平移动空间。

5质量保证措施

（1）对每个隔震支座和框架柱进行编号一一对应，并绘制支座平面布置编号图，设专人负责放线、抄平，确保支座节点位置轴线、标高的准确性。

（2）在施工过程中，加强对支座沉降和位移的随时观测。具体做法是：在现场施工影响范围以外设永久观测点，校核相对观测点后再利用相对观测点观测支座的竖向沉降和水平位移，然后做详细记录。

（3）加强施工维护检查。在工程施工阶段，制订和执行对隔震支座的检查和维护计划，定期观察检查上部结构、隔震层部件与周围固定物的脱开距离，是否存在可能限制上部结构位移的障碍物等；

（4）支座安装完成后，用塑料薄膜缠裹支座本体，上、下连接板刷防锈漆，并在支座四周安放50mm厚岩棉板封堵，外部用夹板围护，既防止主体施工时的碰撞和污染，也可防止火灾损害。

6结语

综上所述，本文通过工程实例表明，隔震加固技术具有施工范围小，高空作业少等优点，也是当今最安全的加固手段，可以大大降低上部结构地震作用，使其不需要处理即可满足抗震设防烈度提高1度的要求，这样既保证了原建筑使用功能不中断，也保存了建筑原始风貌，大大拓宽了常规抗震加固的应用范围。可以预见，在不久的将来，隔震加固技术将会广泛应用于文物建筑、生命线工程以及抗震设防不足的建筑的加固改造工程中，有着巨大的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]GB50011-2001，建筑抗震设计规范[S].

[2]徐忠根，谢军龙，周福霖.多层建筑隔震改造设计[J].地震工程与工程振动，2001，21（3）：132～139.

[3]徐忠根，周福霖，孔玲.国内外建筑隔震改造加固概述[J].华南建设学院西院学报，1999，7（2）：14～20.

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