12.1 一般規(guī)定
12.1.1 本章適用于設(shè)置隔震層以隔離水平地震動(dòng)的房屋隔震設(shè)計(jì),以及設(shè)置消能部件吸收與消耗地震能量的房屋消能減震設(shè)計(jì)。
采用隔震和消能減震設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu),應(yīng)符合本規(guī)范第3.8.1條的規(guī)定,其抗震設(shè)防目標(biāo)應(yīng)符合本規(guī)范第3.8.2條的規(guī)定。
注:1 本章隔震設(shè)計(jì)指在房屋基礎(chǔ)、底部或下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置由橡膠隔震支座和阻尼裝置等部件組成具有整體復(fù)位功能的隔震層,以延長整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的自振周期,減少輸入上部結(jié)構(gòu)的水平地震作用,達(dá)到預(yù)期防震要求。
2 消能減震設(shè)計(jì)指在房屋結(jié)構(gòu)中設(shè)置消能器,通過消能器的相對(duì)變形和相對(duì)速度提供附加阻尼,以消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震能量,達(dá)到預(yù)期防震減震要求。
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12.1.1 隔震和消能減震是建筑結(jié)構(gòu)減輕地震災(zāi)害的有效技術(shù)。
隔震體系通過延長結(jié)構(gòu)的自振周期能夠減少結(jié)構(gòu)的水平地震作用,已被國外強(qiáng)震記錄所證實(shí)。國內(nèi)外的大量試驗(yàn)和工程經(jīng)驗(yàn)表明:隔震一般可使結(jié)構(gòu)的水平地震加速度反應(yīng)降低60%左右,從而消除或有效地減輕結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)的地震損壞,提高建筑物及其內(nèi)部設(shè)施和人員的地震安全性,增加了震后建筑物繼續(xù)使用的功能。
采用消能減震的方案,通過消能器增加結(jié)構(gòu)阻尼來減少結(jié)構(gòu)在風(fēng)作用下的位移是公認(rèn)的事實(shí),對(duì)減少結(jié)構(gòu)水平和豎向的地震反應(yīng)也是有效的。
適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,有條件地利用隔震和消能減震來減輕建筑結(jié)構(gòu)的地震災(zāi)害,是完全可能的。本章主要吸收國內(nèi)外研究成果中較成熟的內(nèi)容,目前僅列入橡膠隔震支座的隔震技術(shù)和關(guān)于消能減震設(shè)計(jì)的基本要求。
2001規(guī)范隔震層位置僅限于基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間,本次修訂,隔震設(shè)計(jì)的適用范圍有所擴(kuò)大,考慮國內(nèi)外已有隔震建筑的隔震層不僅是設(shè)置在基礎(chǔ)上,而且設(shè)置在一層柱頂?shù)认虏拷Y(jié)構(gòu)或多塔樓的底盤上。
12.1.2 建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)和消能減震設(shè)計(jì)確定設(shè)計(jì)方案時(shí),除應(yīng)符合本規(guī)范第3.5.1條的規(guī)定外,尚應(yīng)與采用抗震設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行對(duì)比分析。
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12.1.2 隔震技術(shù)和消能減震技術(shù)的主要使用范圍,是可增加投資來提高抗震安全的建筑。進(jìn)行方案比較時(shí),需對(duì)建筑的抗震設(shè)防分類、抗震設(shè)防烈度、場地條件、使用功能及建筑、結(jié)構(gòu)的方案,從安全和經(jīng)濟(jì)兩方面進(jìn)行綜合分析對(duì)比。
考慮到隨著技術(shù)的發(fā)展,隔震和消能減震設(shè)計(jì)的方案分析不需要特別的論證,本次修訂不作為強(qiáng)制性條文,只保留其與本規(guī)范第3.5.1條關(guān)于抗震設(shè)計(jì)的規(guī)定不同的特點(diǎn)——與抗震設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比,這是確定隔震設(shè)計(jì)的水平向減震系數(shù)和減震設(shè)計(jì)的阻尼比所需要的,也能顯示出隔震和減震設(shè)計(jì)比抗震設(shè)計(jì)在提高結(jié)構(gòu)抗震能力上的優(yōu)勢。
12.1.3 建筑結(jié)構(gòu)采用隔震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)符合下列各項(xiàng)要求:
1 結(jié)構(gòu)高寬比宜小于4,且不應(yīng)大于相關(guān)規(guī)范規(guī)程對(duì)非隔震結(jié)構(gòu)的具體規(guī)定,其變形特征接近剪切變形,最大高度應(yīng)滿足本規(guī)范非隔震結(jié)構(gòu)的要求;高寬比大于4或非隔震結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)定的結(jié)構(gòu)采用隔震設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)進(jìn)行專門研究。
2 建筑場地宜為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類,并應(yīng)選用穩(wěn)定性較好的基礎(chǔ)類型。
3 風(fēng)荷載和其他非地震作用的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的總水平力不宜超過結(jié)構(gòu)總重力的10%。
4 隔震層應(yīng)提供必要的豎向承載力、側(cè)向剛度和阻尼;穿過隔震層的設(shè)備配管、配線,應(yīng)采用柔性連接或其他有效措施以適應(yīng)隔震層的罕遇地震水平位移。
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12.1.3 本次修訂,對(duì)隔震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)類型不作限制,修改2001版規(guī)定的基本周期小于1s和采用底部剪力法進(jìn)行非隔震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。在隔震設(shè)計(jì)的方案比較和選擇時(shí)仍應(yīng)注意:
1 隔震技術(shù)對(duì)低層和多層建筑比較合適,日本和美國的經(jīng)驗(yàn)表明,不隔震時(shí)基本周期小于1.0s的建筑結(jié)構(gòu)效果最佳;建筑結(jié)構(gòu)基本周期的估計(jì),普通的砌體房屋可取0.4s,鋼筋混凝土框架取T1=0.075H3/4,鋼筋混凝土抗震墻結(jié)構(gòu)取T1=0.05H3/4。但是,不應(yīng)僅限于基本自振周期在1s內(nèi)的結(jié)構(gòu),因?yàn)槌^1s的結(jié)構(gòu)采用隔震技術(shù)有可能同樣有效,國外大量隔震建筑也驗(yàn)證了此點(diǎn),故取消了2001規(guī)范要求結(jié)構(gòu)周期小于1s的限制。
2 根據(jù)橡膠隔震支座抗拉屈服強(qiáng)度低的特點(diǎn),需限制非地震作用的水平荷載,結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)需符合剪切變形為主且房屋高寬比小于4或有關(guān)規(guī)范、規(guī)程對(duì)非隔震結(jié)構(gòu)的高寬比限制要求。現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程有關(guān)非隔震結(jié)構(gòu)高寬比的規(guī)定如下:
高寬比大于4的結(jié)構(gòu)小震下基礎(chǔ)不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力;砌體結(jié)構(gòu),6、7度不大于2.5,8度不大于2.0,9度不大于1.5;混凝土框架結(jié)構(gòu),6、7度不大于4,8度不大于3,9度不大于2;混凝土抗震墻結(jié)構(gòu),6、7度不大于6,8度不大于5,9度不大于4。
對(duì)高寬比大的結(jié)構(gòu),需進(jìn)行整體傾覆驗(yàn)算,防止支座壓屈或出現(xiàn)拉應(yīng)力超過1MPa。
3 國外對(duì)隔震工程的許多考察發(fā)現(xiàn):硬土場地較適合于隔震房屋;軟弱場地濾掉了地震波的中高頻分量,延長結(jié)構(gòu)的周期將增大而不是減小其地震反應(yīng),墨西哥地震就是一個(gè)典型的例子。2001規(guī)范的要求仍然保留,當(dāng)在Ⅳ類場地建造隔震房屋時(shí),應(yīng)進(jìn)行專門研究和專項(xiàng)審查。
4 隔震層防火措施和穿越隔震層的配管、配線,有與隔震要求相關(guān)的專門要求。2008年汶川地震中,位于7、8度區(qū)的隔震建筑,上部結(jié)構(gòu)完好,但隔震層的管線受損,故需要特別注意改進(jìn)。
12.1.4 消能減震設(shè)計(jì)可用于鋼、鋼筋混凝土、鋼-混凝土混合等結(jié)構(gòu)類型的房屋。
消能部件應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)提供足夠的附加阻尼,尚應(yīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)類型分別符合本規(guī)范相應(yīng)章節(jié)的設(shè)計(jì)要求。
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12.1.4 消能減震房屋最基本的特點(diǎn)是:
1 消能裝置可同時(shí)減少結(jié)構(gòu)的水平和豎向的地震作用,適用范圍較廣,結(jié)構(gòu)類型和高度均不受限制;
2 消能裝置使結(jié)構(gòu)具有足夠的附加阻尼,可滿足罕遇地震下預(yù)期的結(jié)構(gòu)位移要求;
3 由于消能裝置不改變結(jié)構(gòu)的基本形式,除消能部件和相關(guān)部件外的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍可按本規(guī)范各章對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)類型的要求執(zhí)行。這樣,消能減震房屋的抗震構(gòu)造,與普通房屋相比不降低,其抗震安全性可有明顯的提高。
12.1.5 隔震和消能減震設(shè)計(jì)時(shí),隔震裝置和消能部件應(yīng)符合下列要求:
1 隔震裝置和消能部件的性能參數(shù)應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。
2 隔震裝置和消能部件的設(shè)置部位,應(yīng)采取便于檢查和替換的措施。
3 設(shè)計(jì)文件上應(yīng)注明對(duì)隔震裝置和消能部件的性能要求,安裝前應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行檢測,確保性能符合要求。(自2022年1月1日起廢止該條,詳見新規(guī)《建筑與市政工程抗震通用規(guī)范》GB 55002-2021)
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12.1.5 隔震支座、阻尼器和消能減震部件在長期使用過程中需要檢查和維護(hù)。因此,其安裝位置應(yīng)便于維護(hù)人員接近和操作。
為了確保隔震和消能減震的效果,隔震支座、阻尼器和消能減震部件的性能參數(shù)應(yīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)。
按照國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《橡膠支座 第3部分:建筑隔震橡膠支座》GB 20688.3-2006的規(guī)定,橡膠支座產(chǎn)品在安裝前應(yīng)對(duì)工程中所用的各種類型和規(guī)格的原型部件進(jìn)行抽樣檢驗(yàn),其要求是:
采用隨機(jī)抽樣方式確定檢測試件。若有一件抽樣的一項(xiàng)性能不合格,則該次抽樣檢驗(yàn)不合格。
對(duì)一般建筑,每種規(guī)格的產(chǎn)品抽樣數(shù)量應(yīng)不少于總數(shù)的20%;若有不合格,應(yīng)重新抽取總數(shù)的30%,若仍有不合格,則應(yīng)100%檢測。
一般情況下,每項(xiàng)工程抽樣總數(shù)不少于20件,每種規(guī)格的產(chǎn)品抽樣數(shù)量不少于4件。
尚沒有國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的消能部件中的消能器,應(yīng)采用本章第12.3節(jié)規(guī)定的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)黏滯流體消能器等可重復(fù)利用的消能器,抽檢數(shù)量適當(dāng)增多,抽檢的消能器可用于主體結(jié)構(gòu);對(duì)金屬屈服位移相關(guān)型消能器等不可重復(fù)利用的消能器,在同一類型中抽檢數(shù)量不少于2個(gè),抽檢合格率為100%,抽檢后不能用于主體結(jié)構(gòu)。
型式檢驗(yàn)和出廠檢驗(yàn)應(yīng)由第三方完成。
12.1.6 建筑結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計(jì)和消能減震設(shè)計(jì),尚應(yīng)符合相關(guān)專門標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定;也可按抗震性能目標(biāo)的要求進(jìn)行性能化設(shè)計(jì),當(dāng)設(shè)防目標(biāo)高于本標(biāo)準(zhǔn)第1.0.1條的基本設(shè)防目標(biāo)時(shí),尚應(yīng)符合相關(guān)專門標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
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12.1.6 本條明確提出,可采用隔震、減震技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗震性能化設(shè)計(jì)。此時(shí),本章的規(guī)定應(yīng)依據(jù)性能化目標(biāo)加以調(diào)整。