CN102493497B

CN102493497B - 一种适用于多层建筑地基的多维隔震层、带结构

Info

Publication number: CN102493497B
Application number: CN201110358581.2A
Authority: CN
Inventors: 侯清卫; 侯震霖; 侯海磊; 彭城; 罗秋凤
Original assignee: ZHENGZHOU TIANYI SURVEY TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2031-11-14
Also published as: CN102493497A

Abstract

一种适用于多层建筑地基的多维隔震层、带结构，其特征在于：所述多维隔震结构是分别在建筑物底部（即地基与基础之间）设置隔震层阻隔地震波;在建筑基础上部与底圈梁之间设置滑移隔震层，通过滑移吸收消减地震横向剪切波；同时在建筑物基础周边与土层之间设置隔震带以吸收消减地震横波,这样设置在基础下部隔震层和基础上部滑移隔震层与基础周边隔震带共同作用,阻隔传导到建筑物的加速度峰值并离开场地的卓越周期，最大幅度降低地震波对建筑的影响，进而达到保护房屋结构和内部设备不被地震破坏，保障房内人员生命安全的目的。

Description

一种适用于多层建筑地基的多维隔震层、带结构

技术领域

本发明涉及建筑物隔震技术，具体说是涉及一种适用于多层建筑地基的多维隔震层、带。

背景技术

地震是群灾之首，国内外自然灾害的历史表明地震对社会和人民生命财产造成的重大损失是无法估量的。我国是地震多发区，据统计，我国大陆每十年发生6级以上的破坏性地震几十次之多。我国大陆50%以上的国土面积属于高烈度区（地震烈度在七度以上）。。但是地震造成的灾害多是由于建筑物的倒塌损坏造成的。目前人类为了防御减轻地震灾害,除了探索地震预报加强地震监测之外，更多的精力和投资用在了加强建筑物的抗震能力。传统的抗震思路是尽量增加建筑物的配筋和提高混凝土标号，在结构上增加剪力墙、抗震柱、圈梁等，总之是以增加建筑的投资换取抗震安全。特别是5.12地震后，在全国提高了学校、大型公共场所和重要建筑的抗震烈度，增加了基建成本。近年来我国注意到了建筑物隔震节省投资等优势，重视了隔震技术的研究和推广，在新修订的《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中增加了建筑隔震的要求，专门重视了隔震技术研究和推广。传统的抗震是房屋上部结构和地基连为一体，地震时地面运动的能量和剪力通过地基传输给上部结构，再由上部结构的震动和变形破坏消耗掉能量。

这一技术主要是在基础与上部结构和基础与下部地基之间设置隔震层、在基础周边设置隔震带,从纵向和横向将地基和地表的大部分地震能量通过隔震层和隔震带的吸收和隔阻,减少了地震波对建筑的影响,，达到保护房屋结构和内部设备不被地震破坏，保障房内人员生命安全。隔震技术目前在我国的发展状况如下：目前我国已建造近2000幢隔震建筑，分布在高烈度区，这些建筑也大部分是特殊重要建筑，极少一般建筑。采用的技术多是橡胶垫、钢板夹橡胶垫、阻尼器等高端隔震装备，不但价格贵，同时安装要求精度高，施工繁琐，并且隔震装备寿命更换等都不是易事，所以不便推广。需要提出的是，虽然国内已经采用了一些阻尼器、橡胶垫等部分试验隔震建筑，但在国内大部分没经过大地震检验过，其效果到底怎样值得探讨，这也是推广的一个难点。

在我国大地震造成房屋倒塌的多是农村和城镇分布的多层以下的造价低廉的普通建筑，但在通过对唐山、汶川等大地震中未倒塌的多层房屋考察中，发现未倒塌的有一些是地基基础之间存在软弱、滑移层，保护了上部结构不受地震破坏，如：据调查:1976.7.28唐山大地震发现建筑底部滑移错位的建筑其上部结构损坏但未倒塌，在九度烈度区底层墙体滑移60MM后上部结构依然保持完好。2008.5.12汶川大地震也发现，一些地基与基础不连接或连接不紧密，底部遭受剪切破坏滑移一定距离后上部结构幸存。

发明内容

本发明的目的正是针对城镇和农村分布广泛的多层建筑而提供一种采用多维隔震垫层、滑移隔震技术的适合普遍推广的适用于多层建筑的地基的多维隔震层、带。

本发明的多维隔震技术是分别在建筑物基础下部（即地基与基础之间）设置隔震层阻隔地震波、在建筑基础上部与底 (地)圈梁之间设置滑移隔震层，通过滑移吸收地震横向剪切波,在建筑物基础周边与土层之间设置抗震带以吸收地震横波，降低传导到建筑物的加速度峰值并离开场地的卓越周期，最大幅度降低地震波对建筑的影响，进而达到保护房屋结构和内部设备不被地震破坏，保障房内人员生命安全的目的。

本发明的目的可通过下述具体技术措施来实现：

本发明的适用于多层建筑地基的多维隔震结构包括下述结构特征：

a、铺设在地面下基础与地基结合部位之间的隔震层；所述隔震层的周边大于基础周边30CM-60CM，隔震层顶面埋深相当于基础底面埋深，隔震层厚度为30--70CM；隔震层材料采用卵砾石或碎石，其粒径为1-5CM，确定一种材料,采用粒径单一,厚度均匀铺设；隔震层下部设普通的混凝土垫层，隔震层上部与基础结合处铺设面积大于基础底面面积的预制高强度垫板，所述预制高强度垫板的厚度为7--15CM；

b、设置在地表之下的基础两侧面兼有保温作用的隔震带；所述隔震带分布在建筑物基础周边，隔震带的宽度为两侧均宽于基础各30--60CM，且上下宽度一致（通过试验充填物的压缩量和9度烈度区的最大滑移量6CM，并假定30CM最大压缩变形6CM,所以确定隔震带的宽度一般为30—60CM），隔震带深度等同基础埋深，隔震带充填物下部与基础底部隔震层连为一体，上部与地表散水结合；隔震带充填物材料选用塑料泡沫颗粒混粘土浆和添加剂制备而成的混合预制空心块充填并用浆液灌满；

c、设置在基础与底圈梁之间的滑移隔震层；所述滑移隔震层设置在底圈梁与基础顶部之间的结合部；滑移隔震层的材料选用石英砂、砂砾、石墨、云母、石蜡或沥青复合材料中的任意一种，具体可根据当地材料分布情况自行选用；滑移隔震层的主要作用：在地震来临时，未被基础底部隔震层阻隔的横波，使滑移隔震层滑动，消耗掉大部分地震横波能量，保护建筑安全；所述基础顶面与底圈梁宽度的对应关系为37：24CM或50：37CM（高寒地区），作为滑移平台的基础顶面一侧至少宽出底圈梁一侧各6CM,具体说：可根据南北方不同的建筑风格和墙体宽度配合使用，一般在高寒地区墙体选择较宽。

由于卵砾石表面光滑，因此，本发明中所述基础下部的隔震层材料最好采用粒径级配单一的卵砾石、碎石铺设。所述的预制高强度垫板最好采用具光滑的高标号磨光混凝土垫板以便滑移。当地震发生时，对于基础下部的隔震层主要通过地震横波引起的基础位移消减能量，同时对上下颠簸的纵波起到吸收消减作用。类似铁路道渣的作用。

本发明无论是从综合的抗震效果、工程造价的低廉、施工工艺的简单、材料选取的方便等方面均优于传统抗震技术以及一些高端隔震技术.在考虑隔震时从基础底部到基础顶部以及地面下基础周边都与地震隔阻，在纵向上考虑了基础底、顶分别各设置隔震层和滑移隔震层，在横向上考虑了简易的隔震带。虽然其方法原理相近但各有特点，三种方法互补确保建筑安全。同时考虑了用于隔震的材料，选择了普通常见的砾石、碎石、石蜡等，在考虑抗震带充填材料时选择了塑料泡沫颗粒混合物（属废物利用），它具有弹性，在高寒地区还有对基础的保温作用。

本发明在隔震层的总体设计方面，参考了一些专题研究成果和大地震中建筑物滑移的案例，如:基础下部隔震层和基础上部底 (地)圈梁底部滑移隔震层的垫铺位置、厚度、材料和隔震带的深度、宽度等都与建筑震例和研究成果数据有关。对隔震带充填物的特性，除在现场进行试验，还结合其他学科进行详细论证，确定参考数据。同时对地表散水也进行了科学合理的设计。

特别是在选择隔震带充填物材料时，首先考虑的是当受到地表横波袭击时应具低抗力易损坏变形，并具有一定的弹性，保证地震横波极少传递到建筑，同时充填物不具吸水、储水、透水性以保护地基承载力不受影响，兼顾了在高寒冻土区起到保温的作用。

综合上述考虑，本发明综合研究的多维隔震、注重材料选取方便价廉、施工简单便于推广，同时还考虑了废物重新利用，注重环保并兼顾了保温的功用。

本发明的有益效果如下：

本发明的结构可在地震发生时，其纵、横波通过建筑基础底部隔震层后减弱，到达地表基础顶面与底 (地)圈梁之间的滑移隔震层，地震波通过滑移隔震层发生位移后再次削减后传到上部结构已经很弱，对建筑结构造不成损害，这时地表的横波在隔震带受到充填混合物的低抗力和弹性消减，对基础也造不成破坏。另外由于我国多层以下建筑分布广泛，其数量占总体建筑的90%以上，特别是经济欠发达地区的城镇农村多分布此类建筑，在那里隔震的设计中最重要应考虑的是：施工简单、材料选取方便、造价低廉，容易推广。

附图说明

图1是本发明所述的隔震层、隔震带、滑移隔震层地基基础剖面图示意图。

图2是地基与基础之间隔震层剖面图示意图。

图3是滑移隔震层示意图。

图4是本发明的总体平面布设示意图。

图5是隔震带剖面示意图。

图6是散水层结构示意图。

图中序号：1是砖墙，2是底（地）圈梁，3是滑移隔震层，4是隔墙，5是隔震带，6是隔震层，7是混凝土垫层，8是基础，9是地基，10预制高强度垫板，11是回填土，12建筑物，13是散水下板，14沥青填缝，15是散水上板。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述；

如图1、2、3、4所示，本发明的适用于多层建筑地基的多维隔震结构包括下述结构特征：

a、铺设在地面下基础8与地基结合部位之间的隔震层6；所述隔震层的周边大于基础周边30CM-60CM，隔震层6顶面埋深相当于基础底面埋深，隔震层6厚度为30--70CM；隔震层材料采用卵砾石或碎石，其粒径为1-5CM，采用单一材料单一粒径，厚度均匀铺设，粒径级配单一，如用卵砾石做隔震层其表面光滑最好；隔震层下部设普通的混凝土垫层7厚10CM，隔震层上部与基础结合处铺设面积稍大于基础底面的预制高强度垫板10（具光滑的高标号磨光混凝土垫板以便滑移），所述预制高强度垫板10的厚度为7--15CM；当地震发生时，主要通过地震横波引起的基础位移消减能量，同时对上下颠簸的纵波起到吸收消减作用,类似铁路道渣的作用。

b、设置在地表之下的基础8两侧面周边的兼有保温作用的主要是阻隔地表土体（建筑周边土体）的地震横波的隔震带5（参见图4、5）；所述隔震带5分布在建筑物基础两侧周边，隔震带的宽度为两侧均宽于基础各30--60CM的部分，且上下宽度一致（通过实验充填物的压缩量和9度烈度区的最大滑移量6CM，并假定30CM最大压缩变形6CM,所以确定隔震带宽度30—60CM），隔震带底面埋深等同基础底面埋深，隔震带5充填物下部与基础底部隔震层6连为一体，上部与地表散水上、下板15、13结合（参见图6）；隔震带充填物材料选用塑料泡沫颗粒混粘土浆和添加剂制备而成的混合预制空心块充填并用浆液灌满；所述添加剂选自速凝水泥、水玻璃等中的一种；所述混合预制空心块具有低抗力、弹性强、变形大、不储水、隔水、保温等优点；

c、设置在基础8与底 (地)圈梁2之间的滑移隔震层3（参见图5）；所述隔震层设置在底圈梁与基础顶部之间的结合部；滑移隔震层3的材料选自石英砂、砾砂、石墨、云母或石蜡或沥青复合材料中的任意一种，具体可根据当地材料分布情况自行选用；滑移隔震层的主要作用：在地震来临时，未被基础下隔震层阻隔的横波，使滑移隔震层滑动，消耗掉大部分地震横波能量，保护建筑安全；所述基础顶面与底圈梁宽度的对应关系一般为37CM：24CM或50CM：37CM（高寒地区），具体说：可根据南北方不同的建筑风格和墙体宽度配合使用，一般在高寒地区墙体选择较宽。

本发明所述的隔震层的设计寿命一般等同于建筑物的寿命70年，基础底部隔震层材料采用的是砾石或碎石故其不会随时间而老化破碎，其隔震功能随时间推移稍有压实会减弱对地震上下震动纵波的吸收，对横波消减吸收基本不影响。故基本不影响隔震功能的发挥。

所述滑移隔震层材料为均粒石英砂、砾砂、石墨或石蜡等都是天然不易老化物质，故足可满足建筑年龄，并随着时间推移其滑移效果不会发生变化。

所述隔震带主材料是塑料泡沫颗粒，即便分解也不会影响其隔震功能。

本发明所述的隔震层、滑移隔震层、隔震带施工程序要点和要求如下：

有多维隔震的建筑施工和一般工程基本一样，现将涉及隔震施工部分的要点和要求着重说明：

1、基槽开挖时两侧均宽于基础各30--60CM，即基槽宽=设计基础宽度+2*(30--60)CM,基槽连同隔震带一起开挖。 2、基槽找平后铺垫混凝土垫层，层面要水平光滑，之后铺设单一颗粒粒径（粒径10-50MM）的碎石或砾石（根据当地材料情况选用）粒径级配单一均匀,厚30--70CM,作为基础底部隔震层,铺设均匀并找平。 3、在基槽中线隔震层顶面放置预制的厚7—15CM的高强度水泥磨光板（其宽度稍宽于基础底面的宽度），之后在其上施工基础。 4、基础上部出自然地面准备做底 (地)圈梁时，在基础顶面作为滑移的平台要保持水平光滑确保滑移层正常发挥作用。 5、滑移隔震层的材料铺设要均匀。 6、滑移层的上表面应设置钢筋混凝土圈梁或钢筋砖圈梁。 7、滑移层的滑移平台（即基础顶面平台）的宽度一侧要大于上表面地圈梁的宽度6CM之多。 8、在基础顶面的滑移层和底圈梁施工凝固后，将基槽宽于基础底面两侧各(30--60)厘米的部分(即沿基础底边)用单砖墙砌起隔开形成基础外侧的隔震带，并同时回填墙两侧空间，墙内回填土、墙外隔震带充填混合物（预制成的空心块型）。 9、隔震带回填物底部与基础下隔震层连接，其上部连接散水。 10、散水做成斜坡双层搭接，在上下层搭接处下部做好支撑和沥青粘接勾缝，保证上部受力安全和防水，在遭横向运动剪切时快速破裂，消耗地震横波。本发明中所述的隔震层和隔震带充填物材料研究对比如下：

1、地基基础之间隔震层可选用的材料和实验参数。

选用的材料：碎石、卵砾石、砂土、碎石混塑料颗粒隔震层。

据研究：在地基与基础之间铺设单一粒径的碎石或砾石垫层，使地震能量在碎石或砾石垫层中的颗粒间以重新排列滑移和内部剪切变形消耗，提高了整体建筑基础的水平抗震能力。

经过在地基与基础之间设置粗粒砂土隔震层的试验：砂垫层厚度与隔震效果成正比，单一粒径和粗粒砂层的隔震效果好，采用砂垫层，地震能量被减小并不会完全消除建筑物的地震反应，所以在基础顶部和地圈梁之间又设置了一层滑移隔震层作为对上部结构避免遭受地震破坏的第二道防线。

理论上见于在研究碎石或砂砾混合塑料颗粒作为地基与基础之间隔震层的特性，但基本未见用于实践，在此不再探讨。

综上研究分析，地基与基础之间隔震层的材料可选碎石、砾石和粗砂，他们都具有良好的隔震减震的作用，但试验表明:选用单一粒径的碎石或砾石效果最好,。

2、底 (地)圈梁下滑移隔震层

由于滑移的作用，研究表明,无论地震频带与建筑物自振频率如何接近，均不产生共振，其滑移隔震层的防震效果可达到90%。底 (地)圈梁下的基础顶面作为滑移平台宽于底 (地)圈梁一侧至少6CM。在选用材料时注意不要因动、静摩擦系数的差异，防止滑移失稳现象。根据选材施工方便情况采用一般材料如石英砂或砾砂作为条带铺设在地圈梁下勾缝外粉即可或采用沥青复合材料作为滑移材料。

3、隔震带混合充填物性能

建筑隔震带分布于基础周边，它与基础下的隔震层连为一体共同作用，宽一般30--60厘米，其目的是隔阻地震横波对建筑的影响，兼顾基础保温作用。除具有此功能外,隔震带中充填物应具有不渗水、不存水,弱抗力、具弹性,材料廉价施工简洁兼顾保温的功用,经多次现场试验选择了:塑料泡沫颗粒混合粘土或膨润土等，按照隔震带参数制成空心块砖放入槽内再注入泥浆或膨润土浆封闭。这样满足了上部要求的条件，并使废物泡沫颗粒得到了重新利用。

综合所述，三种隔震材料分别选定为：基础下隔震垫层--碎石、卵砾石等。基础上滑移隔震层--石英砂或砾砂、石墨或石蜡以及沥青复合材料滑移垫层。隔震带充填物--塑料泡沫颗粒混膨润土粘土和添加剂制成空心块充填后再用粘土或膨润土泥浆封闭形成完整隔震带。

本发明的多维隔震特点如下:

1、施工简单。其中的任何一种隔震层带方法都是简单的施工，广大城镇建筑企业甚至一般农民建筑队都可以操作施工，不需要工程师的指导。

2、方法多种互补性强、隔震效果明显。在基础底部和顶部采取地面上下两层隔震层，下层阻隔地震纵、横波，上层主要滑移消耗横波，弥补了当下部阻隔不住的地震横波在地表二次被隔震层滑移消耗；隔震带也是通过隔震带中充填的具低抗力、高变形的物质吸收消耗阻隔基础外侧土层地震横波。在基础上下和其周边,三个不同位置采用了三种相近又不同的隔震消能方法,对建筑基础上下周边进行封闭性多维隔震，确保了上部建筑安全。

3、经济效果明显：隔震材料选取方便，价廉，可因地区材料分布优势灵活选用，所以此隔震方法适应性强，如：新疆等地是地震高烈度区也是经济欠发达地区,砾石、戈壁碎石等资源丰富，贫困山区砾石、碎石资源广布，隔震成本几乎不增加，只需要掌握方法技巧即可使建筑提高抗震标准。

4、社会效果显著，由于此隔震技术方法简单便于掌握，多措并举,三种隔震方法互补，材料多而广并可灵活选择使用，方法简易、材料普通、价廉,所以适合全国城乡大多地区普及推广，将提高我国广大地区建筑的整体抗震能力。

Claims

1.一种适用于多层建筑地基的多维隔震层、带结构，所述多维隔震结构包括下述结构特征：

a、铺设在地面下基础与地基结合部位之间的隔震层；所述隔震层的周边大于基础周边30CM--60CM，隔震层顶面埋深相当于基础底面埋深，隔震层厚度为30CM--70CM；隔震层材料采用卵砾石或碎石，其粒径为1CM-5CM，选用单一粒径,厚度均匀铺设；隔震层下部设普通的混凝土垫层，隔震层上部与基础结合处铺设面积大于基础底面面积的预制高强度垫板，所述预制高强度垫板的厚度为7--15CM；

b、设置在地表之下基础两侧面的兼有保温作用的隔震带；所述隔震带分布在建筑物基础周边，隔震带的宽度为两侧均宽于基础各30--60CM，且上下宽度一致，隔震带深度等同基础埋深，隔震带充填物下部与基础底部隔震层连为一体，上部与地表散水结合；隔震带充填物材料选用塑料泡沫颗粒或橡胶颗粒混粘土、膨润土浆和添加剂制备而成的混合预制空心块充填并用浆液灌满,具有:低抗力,隔水不储水,具弹性兼保温；地表散水采用隔墙支撑上下搭接沥青勾缝;

c、设置在地基与底圈梁之间的滑移隔震层；所述滑移隔震层设置在地圈梁与基础顶部之间的结合部；滑移隔震层的材料选自石英砂、砂砾、石墨、云母、石蜡或沥青复合材料中的任意一种；所述基础顶面与底圈梁宽度的对应宽度关系为37CM：24CM或50CM：37CM。