12 隔震和消能减震设计

12.1 一般规定

12.1.1 隔震和消能减震是建筑结构减轻地震灾害的有效技术。
    隔震体系通过延长结构的自振周期能够减少结构的水平地震作用,已被国外强震记录所证实。国内外的大量试验和工程经验表明:隔震一般可使结构的水平地震加速度反应降低60%左右,从而消除或有效地减轻结构和非结构的地震损坏,提高建筑物及其内部设施和人员的地震安全性,增加了震后建筑物继续使用的功能。
    采用消能减震的方案,通过消能器增加结构阻尼来减少结构在风作用下的位移是公认的事实,对减少结构水平和竖向的地震反应也是有效的。
    适应我国经济发展的需要,有条件地利用隔震和消能减震来减轻建筑结构的地震灾害,是完全可能的。本章主要吸收国内外研究成果中较成熟的内容,目前仅列入橡胶隔震支座的隔震技术和关于消能减震设计的基本要求。
    2001规范隔震层位置仅限于基础与上部结构之间,本次修订,隔震设计的适用范围有所扩大,考虑国内外已有隔震建筑的隔震层不仅是设置在基础上,而且设置在一层柱顶等下部结构或多塔楼的底盘上。

12.1.2 隔震技术和消能减震技术的主要使用范围,是可增加投资来提高抗震安全的建筑。进行方案比较时,需对建筑的抗震设防分类、抗震设防烈度、场地条件、使用功能及建筑、结构的方案,从安全和经济两方面进行综合分析对比。
    考虑到随着技术的发展,隔震和消能减震设计的方案分析不需要特别的论证,本次修订不作为强制性条文,只保留其与本规范第3.5.1条关于抗震设计的规定不同的特点——与抗震设计方案进行对比,这是确定隔震设计的水平向减震系数和减震设计的阻尼比所需要的,也能显示出隔震和减震设计比抗震设计在提高结构抗震能力上的优势。

12.1.3 本次修订,对隔震设计的结构类型不作限制,修改2001版规定的基本周期小于1s和采用底部剪力法进行非隔震设计的结构。在隔震设计的方案比较和选择时仍应注意:
    1 隔震技术对低层和多层建筑比较合适,日本和美国的经验表明,不隔震时基本周期小于1.0s的建筑结构效果最佳;建筑结构基本周期的估计,普通的砌体房屋可取0.4s,钢筋混凝土框架取T1=0.075H3/4,钢筋混凝土抗震墙结构取T1=0.05H3/4。但是,不应仅限于基本自振周期在1s内的结构,因为超过1s的结构采用隔震技术有可能同样有效,国外大量隔震建筑也验证了此点,故取消了2001规范要求结构周期小于1s的限制。
    2 根据橡胶隔震支座抗拉屈服强度低的特点,需限制非地震作用的水平荷载,结构的变形特点需符合剪切变形为主且房屋高宽比小于4或有关规范、规程对非隔震结构的高宽比限制要求。现行规范、规程有关非隔震结构高宽比的规定如下:
    高宽比大于4的结构小震下基础不应出现拉应力;砌体结构,6、7度不大于2.5,8度不大于2.0,9度不大于1.5;混凝土框架结构,6、7度不大于4,8度不大于3,9度不大于2;混凝土抗震墙结构,6、7度不大于6,8度不大于5,9度不大于4。
    对高宽比大的结构,需进行整体倾覆验算,防止支座压屈或出现拉应力超过1MPa。
    3 国外对隔震工程的许多考察发现:硬土场地较适合于隔震房屋;软弱场地滤掉了地震波的中高频分量,延长结构的周期将增大而不是减小其地震反应,墨西哥地震就是一个典型的例子。2001规范的要求仍然保留,当在Ⅳ类场地建造隔震房屋时,应进行专门研究和专项审查。
    4 隔震层防火措施和穿越隔震层的配管、配线,有与隔震要求相关的专门要求。2008年汶川地震中,位于7、8度区的隔震建筑,上部结构完好,但隔震层的管线受损,故需要特别注意改进。

12.1.4 消能减震房屋最基本的特点是:
    1 消能装置可同时减少结构的水平和竖向的地震作用,适用范围较广,结构类型和高度均不受限制;
    2 消能装置使结构具有足够的附加阻尼,可满足罕遇地震下预期的结构位移要求;
    3 由于消能装置不改变结构的基本形式,除消能部件和相关部件外的结构设计仍可按本规范各章对相应结构类型的要求执行。这样,消能减震房屋的抗震构造,与普通房屋相比不降低,其抗震安全性可有明显的提高。

12.1.5 隔震支座、阻尼器和消能减震部件在长期使用过程中需要检查和维护。因此,其安装位置应便于维护人员接近和操作。
    为了确保隔震和消能减震的效果,隔震支座、阻尼器和消能减震部件的性能参数应严格检验。
    按照国家产品标准《橡胶支座 第3部分:建筑隔震橡胶支座》GB 20688.3-2006的规定,橡胶支座产品在安装前应对工程中所用的各种类型和规格的原型部件进行抽样检验,其要求是:
    采用随机抽样方式确定检测试件。若有一件抽样的一项性能不合格,则该次抽样检验不合格。
    对一般建筑,每种规格的产品抽样数量应不少于总数的20%;若有不合格,应重新抽取总数的50%,若仍有不合格,则应100%检测。
    一般情况下,每项工程抽样总数不少于20件,每种规格的产品抽样数量不少于4件。
    尚没有国家标准和行业标准的消能部件中的消能器,应采用本章第12.3节规定的方法进行检验。对黏滞流体消能器等可重复利用的消能器,抽检数量适当增多,抽检的消能器可用于主体结构;对金属屈服位移相关型消能器等不可重复利用的消能器,在同一类型中抽检数量不少于2个,抽检合格率为100%,抽检后不能用于主体结构。
    型式检验和出厂检验应由第三方完成。

12.1.6 本条明确提出,可采用隔震、减震技术进行结构的抗震性能化设计。此时,本章的规定应依据性能化目标加以调整。