村镇砌体建筑组合隔震技术研究 靳彩虹 杨德健 张滢心Summary 為了引入更适合村镇砌体房屋的减震技术，建立某五层村镇砌体房屋的有限元模型分别在基础隔震层设置工程塑料板夹层橡胶隔震支座和钢筋-沥青隔震砖墩，对比模型的各层绝对加速度、各层层间位移、基底剪力以及耗能能力，分析两种隔震材料的特点，提出新型组合隔震方案针对不同的隔震组合形式，分析结构的地震响应结果表明：以不同的控制目标分析，最优的组合隔震方案不同新形式的组合隔震方案具有隔震性能良好和造价低廉等优势，适用于在广大农村建筑中推广采用关 键 词 砌体建筑;基础隔震;地震响应;组合隔震;经济性 TU352.1 文献标志码 AStudy on isolation technology of masonry building compoundin villages and townsJIN Caihong1， YANG Dejian1， 2， ZHANG Yingxin1（1. School of Civil Engineering， Tianjin Chengjian University， Tianjin 300384， China; 2. Tianjin Key and Reinforcement， Tianjin 300384， China）Abstract In order to introduce shock absorption technology that was more suitable for masonry houses in villages and towns， a finite element model that was made of a five-story masonry house in villages and towns was established. The rubber-isolation bearings that was made of engineering plastic plate sandwich and the isolated brick piers that consisted of steel and asphalt were installed respectively in the base isolation layer. By comparing the model’s absolute acceleration of each layer，the displacement between the layers， the base shear force and the energy dissipation capacity， a new type of combined seismic isolation scheme was proposed by means of the analysis of the characteristics of the two seismic isolation materials. According to different combinations of the seismic isolation forms， the seismic response of the structure was analyzed. The results showed that the optimal combined seismic isolation scheme with different control objectives. The combined seismic isolation scheme of the new form which had the advantages of good isolation performance and low cost， was suitable for popularization and adoption in rural areas.Key words economy; masonry building; base isolation; earthquake response; combined isolation0 引言多层砌体房屋有着就地取材，施工简单，造价低廉等优点，成为我国民用建筑的主要结构形式之一。
但是砌体结构主要依靠墙体承受竖向荷载和水平地震作用，房屋的整体延性较差，因此不利于抗震[1]，需要最大限度的提高砌体结构的抗震设防，降低地震对村民生命和财产的危险结构隔震技术控制通过以“柔”克“刚”的方法减少了传统抗震设计的一些局限性，使得建筑结构不仅满足自身的安全性、适用性，也能满足经济性等功能的要求[2]目前，最常见的一种基础隔震技术是采用叠层钢板橡胶支座作为隔震材料，不过叠层钢板橡胶隔震支座的造价较高，施工技术严格，并不适合大规模村镇砌体房屋的使用，需要深入探究出一种适合我国广大村镇使用的简易隔震技术[3]针对新建砌体建筑，广州大学周福霖教授等尝试采用具有一定平面外刚度的不饱和聚酯玻璃纤维增强塑料板代替普通叠层隔震橡胶支座中的昂贵材料，形成纤维增强工程塑料板夹层橡胶隔震支座（SFRPB）[4-7]湖南大学尚守平教授等针对新建房屋提出了另一种新的方案，即钢筋一沥青隔震层，在建筑物的上地圈梁和下地圈梁之间铺设一层隔震层，该隔震层由竖向钢筋、砖墩以及沥青油膏3部分组成，其中竖向钢筋锚固于上下地圈梁之间，相邻两竖向钢筋间布置了能增加隔震层的竖向稳定性的砖墩，钢筋与砖墩之间的空隙选用具有一定软化点的沥青油膏进行填充[8]。
这2种材料取材方便、造价低廉，施工简易本文对比分析了采用上述这两种基础隔震材料的砌体建筑的地震响应和耗能能力，提出了能够充分发挥两种隔震材料的优点，更为经济和减震效果更好的砌体结构组合隔震方案1 基础隔震模型某村镇五层砌体建筑，其工程建筑面积为216 m2建筑总长为18 m，宽为12 m各层层高3 m，总高15 m建筑的首层布置平面如图1a）所示在结构顶、底部布置圈梁，在纵横墙相交处布置构造柱，圈梁与构造柱的混凝土强度等级均为C25楼板厚为120 mm，混凝土強度等级为C25墙体材料选用MU10的普通粘土，砌筑砂浆强度为M5，墙厚240 mm在SAP2000中，框架结构的梁柱杆件用杆单元模拟，砌块墙用壳-薄壳单元模拟，楼板用shell单元模拟设防烈度8度，设计分组为第2组，场地类型为Ⅱ类利用SAP2000软件对本砌体结构（无隔震设计，简称原结构）和两种不同隔震层设计方案进行有限元分析方案1：隔震层采用工程塑料板夹层橡胶材料，总厚度为55 mm，最大水平位移为橡胶总厚度的2.5倍，即2.5[×]55=137.5 mm，单位建筑面积塑料板橡胶隔震支座的最小个数为0.182 /m2，则本砌体建筑选用的支座个数不少于[216×0.182=40]个，具体布置方式见图1b）。
方案2：隔震层采用钢筋-沥青隔震材料，选用等级为HRB400的钢筋，钢筋直径d=10 mm根据《建筑结构荷载规范》在正常使用条件下计算隔震层的竖向钢筋，并参照《建筑抗震设计规范》在地震作用下验算竖向钢筋的承载力，最终确定隔震层布置696个隔震单元，具体布置方式见图1c）选取EL-centro波作为地震动的输入，进行模型动力响应分析和耗能情况比较为了能够更好地考察结构在三维地震作用下的响应，对模型分别输入了施加水平X方向的加速度和施加竖直Y方向加速度 2种工况，由于实际地震加速度时程曲线的峰值加速度和建筑物所在场地基本烈度不一致，将建筑设防烈度的基准加速度和实际加速度的比值作为比例系数，整个时间范围内加速度时程曲线的最大值按该系数进行调整设计地震加速度0.15g，地震波持续时间为30 s水平地震波的加速度峰值为341.7 cm/s2，竖向地震波的加速度峰值为267.49 cm/s2在输入El-Centro波后，原结构、方案1、方案2的动力响应和耗能能力分析结果如表1和表2所示如表1所示，2种方案均减小上部结构的动力响应且能达到文献[10]建议的1/200的要求其中方案1的顶层绝对加速度和基底剪力最大值均小于方案2。
说明方案1的抗震性能优于方案2但是方案1隔震层的层间位移较大如表2所示，2种隔震层设计方案通过隔震装置提供的滞回连接均可以在一定程度上减少上部结构的地震响应，其中，钢筋-沥青隔震结构的连接滞回耗能比更大，具有更为显著的减震效果方案1的顶层加速度响应最小，可有效降低上部结构的剪力反应，减小结构的震后损害方案2的造价低，隔震支座的层间位移较小，且更能有效地吸收地震能量，更适用于农村砌体房屋建设为了充分利用这两种结构的优点，将两种隔震层布置方案进行组合，使得砌体结构达到经济性和安全性的统一2 隔震层组合方案设计以往的隔震体系采用将纯叠层橡胶隔震支座和铅芯叠层橡胶隔震支座组合在一起，两者的结合提高了纯叠层橡胶支座隔震层的阻尼和竖向承载力，降低了原铅芯叠层橡胶支座隔震层的工程造价，但是这种隔震体系普遍适用于一些经济相对发达的城市地区，为了节省以往隔震体系的经济支出，需要研究一种采用工程塑料板夹层橡胶和钢筋-沥青砖墩这两种新型材料形成新的隔震体系在地震作用下，工程塑料板夹层橡胶隔震结构更能降低结构各层的最大绝对加速度，减小首层的最大位移，减小结构的层间剪力，而钢筋-沥青隔震结构的滞回连接耗能较大，更能滤掉地震能量。
基于上述分析，在满足建筑整体抗震安全和建造更为经济要求的前提下，提出一种隔震体系，使得这两种材料协同工作，发挥出良好的隔震效果，并对这种简易隔震体系的减震性能做进一步研究在工程塑料板夹层橡胶隔震支座和钢筋-沥青砖墩数量不变的基础上，根据砌体建筑的结构形式与刚度分布均匀的特点，提出6种组合隔震布置方案，组合方案中均布置36个塑料板橡胶隔震支座和296个钢筋-沥青隔震砖墩，將工程塑料板夹层橡胶隔震支座布置在结构的构造柱下，在[？]、[？]轴纵墙和[①]、[⑥]轴横墙的地圈梁下连续布置钢筋-沥青隔震砖墩，设为组合1，在[？]、[？]轴纵墙和[②]、[⑤]轴横墙的地圈梁下连续布置钢筋-沥青隔震砖墩，设为组合2，在[？]、[？]轴纵墙和[③]、[④]轴横墙的地圈梁下连续布置钢筋-沥青隔震砖墩，设为组合3，在[？]、[？]轴纵墙和[①]、[⑥]轴横墙的地圈梁下连续布置钢筋-沥青隔震砖墩，设为组合4，在[？]、[？]轴纵墙和[②]、[⑤]轴横墙的地圈梁下连续布置钢筋-沥青隔震砖墩，设为组合5，在[？]、[？]轴纵墙和[③]、[④]轴横墙的地圈梁下连续布置钢筋-沥青隔震砖墩，设为组合6，6种组合隔震层的具体布置方案如图2所示。
将工程塑料板夹层橡胶隔震支座与钢筋-沥青隔震砖墩进行结合，结合传统砌体建筑的结构特点设计了6种组合隔震方案根据结构的动力响应和能量反应，选择最优组合方案3 组合隔震方案八度多遇地震响应分析在El-Centro地震波基地激励作用下，对隔震结构进行八度多遇地震作用的非线性时程分析和能量分析比较，研究比较隔震层采用两种新型材料后的不同组合方案对结构减震效果的影响，并分析不同组合的各层绝对加速度、层间位移和层间剪力的动力响应变化规律3.1 绝对加速度反应分析6种组合隔震方案在双向八度多遇地震作用下各层绝对加速度的时程曲线如图3所示由图3所示，组合1在X方向的顶层绝对加速度为63.4 cm/s2，在Y方向的顶层绝对加速度为54.4 cm/s2，而方案2在X方向的加速度为104.60 cm/s2，在Y方向的顶层绝对加速度为82.58 cm/s2与方案1相比，减小了支座的数量，减少了工程造价，与方案2相比，组合1 无论在X方向还是。