廈門市建筑隔震技術(shù)應(yīng)用與分析

林 希

(廈門國貿(mào)地產(chǎn)有限公司 福建廈門 361005)

0 引言

建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)是一種以柔克剛的抗震設(shè)計新方法。近年來的地震破壞表明，隔震技術(shù)能夠有效減少建筑物的地震響應(yīng)，保證主體結(jié)構(gòu)安全和重要儀器的正常運行[1-3]。隔震技術(shù)原理是通過在建筑物上部和下部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置水平剛度較小的隔震層，使結(jié)構(gòu)自振周期延長，達到減少上部結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的目的。我國現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(簡稱《10版抗規(guī)》)(GB50011-2010)[1]明確了隔震技術(shù)的應(yīng)用范圍，并作出詳細規(guī)定，當(dāng)前我國又編制完成《建筑隔震設(shè)計規(guī)范》，并即將公布，將更大范圍地推廣隔震技術(shù)應(yīng)用。根據(jù)中國建筑學(xué)會抗震防災(zāi)分會的統(tǒng)計，截至2018年年底，全國已建成了8000棟以上的隔震建筑，其中以云南和新疆省市為最多。福建省2009年開始較大力度推廣建筑隔震技術(shù)的應(yīng)用，截至2018年年底，已建成了30余棟隔震建筑，總建筑面積超過20萬m2。

我國《建筑隔震工程施工及驗收規(guī)范》(簡稱《隔震施工規(guī)范》)(JGJ360-2015)[2]已實施，部分省份編寫了工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程和圖集[3]。國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者和工程技術(shù)人員對隔震工程設(shè)計、施工及管理、運營維護等進行了一系列的研究[4-9]。但在工程項目實施過程仍出現(xiàn)了不少問題：比如，設(shè)計單位對隔震構(gòu)造設(shè)計處理不當(dāng)，施工與監(jiān)理單位對隔震技術(shù)不夠了解，工程施工和隔震構(gòu)造處理經(jīng)常出現(xiàn)阻礙隔震層水平變形的現(xiàn)象，造成質(zhì)量不合格和返工[5-7,10]，部分隔震工程在工程竣工后業(yè)主或者使用單位拆除和改變部分隔震構(gòu)造，堵塞水平變形空間[10]。

工程實踐表明，建筑隔震工程的工程設(shè)計、施工及管理、運營維護等，雖然有設(shè)計規(guī)范、施工規(guī)范及施工規(guī)程等的初步指導(dǎo)，但在工程施工過程中依然時常出現(xiàn)施工管理及工程質(zhì)量問題。基此，本文以廈門市已建成幾棟具有代表性的隔震建筑為背景，對隔震建筑設(shè)計、施工及后期維護階段的現(xiàn)狀進行調(diào)查，分析隔震技術(shù)應(yīng)用過程中建設(shè)、設(shè)計、施工等參建單位存在的技術(shù)和管理問題，并基此對政府部門及參建相關(guān)單位提出改進建議，為日后的相關(guān)政策制定和隔震技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考。

1 福建省建筑隔震技術(shù)應(yīng)用

福建省建筑隔震技術(shù)的應(yīng)用，可以分為試點建設(shè)階段、初步應(yīng)用階段和推廣應(yīng)用階段3個階段[6-7]。截至2018年，福建省建成的隔震建筑超過30棟，大多數(shù)為中小學(xué)、幼兒園等公共建筑，總建筑面積超過20萬m2，部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1所示(由福州大學(xué)提供)。

表1 隔震建筑統(tǒng)計

由表1可以看出，自1998年起，隔震技術(shù)應(yīng)用進入了試點建設(shè)階段。2008年汶川地震后，在廈門市湖里區(qū)人民政府、福州大學(xué)、廈門市建設(shè)局的支持下新建了一批中小學(xué)、幼兒園等公共建筑，標(biāo)志著建筑隔震技術(shù)進入初步應(yīng)用階段。目前，福建全省共有4個地市采用隔震技術(shù)，在建和已建成的超過30棟隔震建筑，標(biāo)志著隔震技術(shù)在福建省進入了應(yīng)用推廣階段[6-7]。

2 隔震建筑調(diào)研與分析

本文以廈門市已建成的3棟具有代表性的隔震建筑為背景[7-8]，進行隔震建筑設(shè)計、施工及后期維護階段現(xiàn)狀的調(diào)查分析。主要通過和建設(shè)單位、設(shè)計、施工和監(jiān)理等參建單位主要負(fù)責(zé)人溝通交流，并進行實地調(diào)研的方式，找出隔震建筑從工程設(shè)計、施工以及后期運營維護等階段存在的問題。

2.1 綜合樓

2.1.1工程概況

該工程為廈門森林公安派出所綜合樓，建設(shè)地點在廈門市同安區(qū)，5層辦公建筑，建筑面積約2208m2，底層柱頂隔震形式，底層隔震層兼做停車庫。抗震設(shè)防烈度7度(0.15g)，采用現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，為乙類建筑。工程竣工后的北立面如圖1所示。

圖1 綜合樓北立面圖

2.1.2隔震設(shè)計和構(gòu)造措施

隔震層布置了20個隔震支座，其中，8個LNR400、9個LRB500以及3個LNR600。隔震層施工如圖2所示。

圖2 綜合樓隔震層施工

隔震構(gòu)造是影響隔震建筑減震性能的重要因素[4-8]。該工程隔震構(gòu)造照片如圖3所示，隔震支座觀察窗如圖3(a)，支座節(jié)點附近需要預(yù)留足夠?qū)挾鹊乃胶拓Q向隔震縫，如圖3(b)，為適應(yīng)隔震支座水平變形，該工程電梯井采用懸掛形式，懸掛電梯井及其剖面圖如圖3(c)和圖3(d)所示。

(a)隔震支座觀察窗 (b)水平和豎向隔震縫

(c)懸掛電梯井 (d)電梯井剖面圖圖3 隔震構(gòu)造照片和詳圖

2.1.3工程經(jīng)濟性

該工程采用隔震設(shè)計后，上部結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計按7度(0.10g)進行設(shè)計，上部框架梁柱截面和配筋減少，造價降低約11.24萬元。同時，由于隔震支座使用以及隔震層梁板厚度的增加，隔震層梁板以及下部結(jié)構(gòu)造價有所增大[6]，工程造價最終增加約25.88萬元，占土建造價的5.9%，各項費用差價如表2所示。

表2 工程費用差價

2.1.4存在問題

(1)最初采用基礎(chǔ)隔震設(shè)計，增加了隔震檢修層，減少了建筑的有效使用面積，建設(shè)單位不愿意采納，一度想放棄隔震設(shè)計方案。經(jīng)過多方協(xié)調(diào)，改用底層柱頂隔震形式，并將隔震檢修層兼用為停車庫，從而彌補了有效使用面積。

(2)施工過程，施工單位和監(jiān)理單位對隔震技術(shù)不夠熟悉，沒有相關(guān)施工管理經(jīng)驗，因此延誤了施工工期。此外，對隔震節(jié)點構(gòu)造處理上較粗糙，例如在室內(nèi)樓梯下部樓梯板與上部板間本應(yīng)留設(shè)寬度足夠的水平隔震縫，而施工單位處理的斷縫使得上下梯板水平變形相互抵觸，見圖4(a)，后期采納隔震技術(shù)咨詢單位的建議，整改后見圖4(b)。盡管施工單位在主體施工階段根據(jù)設(shè)計要求，將室外樓梯與主體結(jié)構(gòu)之間預(yù)留水平隔震縫，見圖5(a)，但是在施工后期仍將室外樓梯與主體結(jié)構(gòu)完全固接，見圖5(b)，室外樓梯將阻礙地震時上部結(jié)構(gòu)的水平位移[9]。

(a)整改前 (b)整改后圖4 室內(nèi)樓梯水平隔震縫

(a)施工階段 (b)完工階段圖5 室外樓梯水平隔震縫

(3)工程竣工后不久使用階段，建設(shè)單位擅自改造隔震層相關(guān)構(gòu)造，由于對隔震建筑不了解，多處改造影響了隔震層的水平變形[9]。例如，穿越隔震層欄桿上下固定，欄桿中間沒有斷開(未留水平隔震縫)，見圖6(a)；底層增設(shè)儲藏間的窗框和隔震層梁緊密相連，沒有留設(shè)豎向和水平隔震縫，見圖6(b)；隔震支座不銹鋼外圍護被改為外墻面磚，見圖6(c)。

(a)欄桿中間未斷開

(b)未留設(shè)隔震縫

(c)支座外圍護被改為外墻面磚圖6 隔震構(gòu)造被改造

2.2 幼兒園建筑

2.2.1工程概況

本文以康樂新村幼兒園工程為例，該幼兒園建設(shè)地點為湖里區(qū)，3層幼兒園建筑，局部4層，1～3層為教室，半地下室為隔震檢修層，建筑面積3683m2，建筑高度14.3m，隔震檢修層高度2.7m，抗震設(shè)防烈度7度(0.15g)，框架結(jié)構(gòu)，采用基礎(chǔ)隔震形式，乙類建筑。工程竣工的東南向立面如圖7所示。

圖7 幼兒園東南向立面圖

2.2.2隔震設(shè)計和構(gòu)造措施

根據(jù)工程設(shè)計，隔震層布置了45個隔震支座，其中，12個LNR500、21個LRB500、9個LNR600、3個LRB600。隔震層施工完成如圖8所示。

圖8 隔震檢修層施工完成

該工程相關(guān)構(gòu)造措施：室外坡道與主體結(jié)構(gòu)留有一定空間的斷縫，并將此處扶手改為鎖鏈連接，如圖9(a)所示；由于隔震支座自身耐火極限不能滿足建筑設(shè)計防火規(guī)范的要求[7-9]，需要在隔震支座外包裹防火巖棉和阻火帶，使支座達到可移動且防火防腐蝕的目的，如圖9(b)所示；隔震縫填充聚苯板如圖9(c)所示；為了防止雨水進入隔震溝，隔震溝上設(shè)有蓋板如圖9(d)所示。

(a)室外坡道扶手

(b)支座節(jié)點防火構(gòu)造

(c)隔震縫填充聚苯板

(d) 隔震溝蓋板圖9 隔震構(gòu)造照片

2.2.3存在問題

(1)施工過程，施工單位和監(jiān)理單位對隔震施工首次接觸不熟悉，隔震構(gòu)造施工不規(guī)范，存在一些隔震建筑施工的典型問題，特別是支座節(jié)點施工反映了隔震建筑施工難點。比如，隔震支座節(jié)點混凝土澆筑質(zhì)量差，如圖10(a)所示；隔震支座下連接板與下預(yù)埋板沒有緊密，且有空腔，如圖10(b)所示。

(2)隔震構(gòu)造方面，項目存在施工人員對隔震原理理解不到位，造成隔震構(gòu)造缺陷。例如，室外臺階未與主體結(jié)構(gòu)的入口挑板留有高差水平縫，將阻礙地震時建筑水平移動，如圖10(c)所示。隔震層處有部分管道未采用柔性段連接，隔震層出現(xiàn)變形時將使管道斷裂，如圖10(d)所示。

(a)支座節(jié)點混凝土澆筑質(zhì)量差

(b)下連接板與下預(yù)埋板未緊密

(c)室外臺階斷縫堵塞

(d) 管道未采用柔性段圖10 隔震構(gòu)造不規(guī)范示例

2.3 中學(xué)教學(xué)樓

2.3.1工程概況

本文以廈門市湖里中學(xué)教學(xué)樓為例，該教學(xué)樓由3棟5～6層教學(xué)樓組成，其中1號教學(xué)樓，建筑長68m，寬10.2m，底層架空，2～5層為教學(xué)用房，建筑面積約4500m2，框架結(jié)構(gòu)，底層柱頂隔震形式。隔震層層高為4.8m，底層采用框架柱帶拉梁，竣工后的西南立面和底層如圖11所示。

2.3.2隔震設(shè)計和構(gòu)造措施

隔震層采用4個LNR500支座、6個LNR600支座、19個LRB500支座和3個LRB600支座。部分隔震構(gòu)造如圖12所示，穿越隔震層的給排水管道均用柔性連接段，如圖12(a)所示；隔震支座節(jié)點如圖12(b)所示；在隔震支座關(guān)鍵部位設(shè)置警示牌，標(biāo)注可移動范圍，如圖12(c)所示。

(a)西南立面圖

(a)穿越隔震層管線

(b)隔震支座節(jié)點構(gòu)造

(c)隔震警示牌圖12 部分隔震構(gòu)造

2.3.3存在問題

(1)工程施工中，施工單位沒有提前采購隔震支座，而支座生產(chǎn)周期約為45d，由此造成工期延誤。此外，施工人員對隔震原理理解不足，造成樓梯段施工多次返工，如圖13(a)、(b)所示；電線橋架橫穿隔震縫，沒有斷縫處理，如圖13(c)所示；豎向窗框橫穿水平隔震縫頂部與隔震層梁固定，底部與下部墻體固定，未斷縫影響隔震層水平位移，如圖13(d)所示。

(a)沒有斷縫(第一次)

(b)面層阻礙(第二次)

(c)電線橋架橫穿隔震縫

(d)窗框橫穿隔震縫圖13 部分隔震構(gòu)造質(zhì)量缺陷

(2)隔震支座生產(chǎn)廠家送至現(xiàn)場的部分支座上下連接板的錨筋長度和直徑與施工圖不符，如圖14所示。生產(chǎn)廠家與施工單位在產(chǎn)品參數(shù)上未達成一致意見，設(shè)計單位和隔震技術(shù)咨詢單位認(rèn)為錨筋長度和直徑應(yīng)以施工圖為準(zhǔn)，這樣才能滿足設(shè)計規(guī)范[9]，最后部分支座上下連接板重新生產(chǎn)，因此造成工期延誤。

圖14 連接板錨筋

3 問題根由及應(yīng)用建議

3.1 隔震技術(shù)應(yīng)用的問題根由

(1)政府職能部門

建設(shè)行政主管部門：沒有與時發(fā)布減隔震推廣應(yīng)用文件，缺乏工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)，比如，關(guān)于隔震元器件產(chǎn)品、隔震建筑設(shè)計、隔震工程施工圖審查、隔震工程施工和監(jiān)督要求等。

規(guī)劃管理部門：隔震檢修層建筑面積計入總建筑面積，使得建筑有效使用面積減少；對建筑外觀要求嚴(yán)格，沒有考慮隔震建筑中隔震構(gòu)造的外觀處理。

工程造價管理部門：沒有發(fā)布隔震建筑中隔震裝置相配套定額，影響了工程款結(jié)算進度；對隔震層施工造成工期延長需增加的費用沒有明確規(guī)定。

建設(shè)檔案管理部門：建筑工程檔案資料報備清單中，缺乏對隔震技術(shù)應(yīng)用的針對性要求，沒有建立起隔震工程檔案管理制度，不利于隔震建筑后期管理和維護。

(2)各參建單位

建筑設(shè)計單位：大多數(shù)甲級建筑設(shè)計單位不承接隔震建筑設(shè)計，主要原因是隔震工程增加了隔震設(shè)計，但沒有因此而增加相應(yīng)的設(shè)計費用；其次，對隔震技術(shù)不熟悉，又沒有相關(guān)的設(shè)計經(jīng)驗可借鑒。

施工圖審查機構(gòu)：具有資質(zhì)的施工圖審查機構(gòu)不愿意承接隔震工程的施工圖審查工作，原因是增加了隔震技術(shù)的審查工作，但沒有增加審查費用。

施工與監(jiān)理單位：對隔震技術(shù)不夠熟悉，主要是在隔震構(gòu)造方面經(jīng)常出現(xiàn)阻礙隔震層水平變形的現(xiàn)象，經(jīng)常產(chǎn)生質(zhì)量不合格，從而造成返工。

隔震技術(shù)專業(yè)設(shè)計與配合單位：隔震建筑需要隔震技術(shù)專業(yè)設(shè)計與配合單位，國內(nèi)目前提供此類專業(yè)設(shè)計服務(wù)主要是高校，建設(shè)單位需要支付約單體工程設(shè)計費的20%～25%作為隔震設(shè)計咨詢服務(wù)費。

隔震裝置生產(chǎn)企業(yè)：隔震裝置生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)與設(shè)計單位對結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容的偏差，如隔震支座上下連接板尺寸和錨筋長度僅按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制作，通常不滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。

業(yè)主與房屋使用單位：對建筑抗震的重要性認(rèn)識不到位，不愿意增加隔震技術(shù)應(yīng)用所需要的投資來提高結(jié)構(gòu)的安全性；對隔震構(gòu)造不了解，后期擅自對隔震層及其周邊進行改造，影響隔震層的水平位移。此外，在使用中缺乏對隔震建筑針對性的維護管理，未設(shè)立相應(yīng)的管理制度，無法應(yīng)對環(huán)境變化、突發(fā)災(zāi)害等情況對隔震建筑造成的影響。

3.2 隔震技術(shù)應(yīng)用建議

(1)政府職能部門

建設(shè)行政主管部門，可建立隔震工程資料庫和專家?guī)?，用于隔震技術(shù)專項審查和開展隔震工程技術(shù)研究；對生產(chǎn)不合格減隔震產(chǎn)品的廠家、不按規(guī)范操作的設(shè)計、施工、監(jiān)理等單位進行公示和處罰。

工程質(zhì)量安全監(jiān)督機構(gòu)，應(yīng)重點檢查隔震裝置的質(zhì)量檢測報告，嚴(yán)格把關(guān)預(yù)留隔震溝(縫)和柔性連接等隔震相關(guān)構(gòu)造措施的安裝和施工情況。

工程造價管理部門，應(yīng)完善隔震支座、預(yù)埋件、配套特殊構(gòu)件的定額；對因隔震層施工導(dǎo)致的總體工期延長所增加的造價進行測算和計價。

(2)各參建單位

設(shè)計單位應(yīng)勇于接受新技術(shù)，提升隔震設(shè)計經(jīng)驗，優(yōu)化隔震節(jié)點處的構(gòu)造以及柔性管線連接設(shè)計。

施工單位應(yīng)結(jié)合項目實際情況編制專項施工方案，主要針對隔震裝置安裝和構(gòu)造措施施工。加強隔震技術(shù)交底工作，促進隔震施工經(jīng)驗交流，避免因施工人員認(rèn)識不到位造成的進度和質(zhì)量管控不到位。

監(jiān)理單位應(yīng)針對隔震項目的實際情況制定監(jiān)理規(guī)劃和實施細則，尤其是在隔震支座安裝現(xiàn)場，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行旁站工作。隔震產(chǎn)品應(yīng)由監(jiān)理單位見證取樣，經(jīng)法定認(rèn)可的第三方檢測機構(gòu)檢測合格后方可安裝使用。

業(yè)主單位和房屋使用管理單位，應(yīng)共同維護隔震體系的正常運作，定期安排人員進行檢查。地震、臺風(fēng)發(fā)生后，開展突發(fā)災(zāi)害檢查，如發(fā)現(xiàn)隔震裝置變形等破壞，應(yīng)及時聯(lián)系專業(yè)機構(gòu)進行檢測，修復(fù)或更換隔震裝置。

4 結(jié)語

(1)工程設(shè)計、施工及監(jiān)理等參建單位對隔震技術(shù)原理不夠熟悉，施工管理技術(shù)較低。在隔震構(gòu)造方面經(jīng)常出現(xiàn)阻礙隔震層水平位移的現(xiàn)象，造成工程質(zhì)量問題及返工。

(2)建議工程監(jiān)理單位、工程質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)重點檢查隔震構(gòu)造的實施情況，隔震技術(shù)咨詢單位做好相應(yīng)的指導(dǎo)工作，避免和減少不合理的隔震構(gòu)造。

(3)單棟隔震建筑隔震層的施工會影響工程工期，建議對隔震建筑進行造價測算時考慮這一因素；將隔震檢修層建筑面積計入總建筑面積，影響建筑的有效使用面積，建議將隔震層作為設(shè)備檢修層不計入建筑總面積。

(4)福建省缺乏隔震建筑配套構(gòu)件的定額，隔震建筑在測算時沒用統(tǒng)一的造價計算標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)單位只能通過多次協(xié)商、詢價、談判予以解決，影響工程工期，建議福建省工程造價管理部門盡早完善隔震建筑配套構(gòu)件的相關(guān)定額。

(5)業(yè)主單位和房屋使用管理單位，應(yīng)共同維護隔震體系的正常運作，定期安排人員進行日常檢查和突發(fā)災(zāi)害檢查。