工程抗震与加固改造 Vol.39.No 2 Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting Ap.2017 [文章编号】10028412(201702-012247 D010.16226.im.1002-8412.2017.02.019 简易滑移隔震技术在村镇建筑中的应用 王飞，袁康2，郭军林，李英民 (1.石河子大学水利建筑工程学院，新疆石河子832003：2.重庆大学土木工程学院，重庆400045) [提要】针对传统抗措在村铺建中难以执行的现状，本文依掘因地制宜、就地取材的村律筑抗原则，提出一种 价低廉，施便捷的简易滑移需技术，并对该技术的隔部件设 十、施工工艺进行了试验和工程实践研究。其构造及技 术原理为：在室外地面标高处设置由上下两层组成、内置限位橡胶束的隔震圈梁，小震时结构整体抗震，中、大震时，圈梁 为二，上部结构在下圈梁上滑动耗能，诚小上部地震输入，并由橡胶束提供限位功能，避免结构滑移量过大·研究表明，该技 术隔震效果显著，相关部件取材方便且造价低废，适合在村镇建筑中推广应用 [关键词】村销建筑：滑移隔震：砌体结构：改性砂浆隔震层：钢绑橡胶束 [中图分类号]TU26:TU352.1 [文献标识码]A Application of Simple Sliding Seismic Isolation Technology in Rural Buildings agF,mg,omm,i Yngmin(Ceg时如lG Ahstract-In vie of the nt situation the traditional seim mie princinle of nral buildines adiust measures to local conditions and materiala.a simple alidine seismic isolation technoloe ahich is low cost and easy for constnction is p ents and constrction techpolowy are tested and of isation ring beam with some limiting ruble carthquake,ring beam is divided into two parts,the u structure slides on the ring beam to reduce the seismie response of the upper.the rubber beam provides the function of limiting displac ment to ayaid the excessive slinmer n the structure The earch shows that this seismie isolation effect of the technology is significant,the relevant parts can obtain niently and ow be popularized and applied in rral buildings Keywords:rural building:sliding seismi E-mail:371234314@qq.com 自唐山地震以来，我国先后经历了数十次破坏 英民)研发了一种在建筑物底层墙体之间内置橡 性地震，如汶川、玉树地震等。历次地震结果表明 胶束的简易消能减震技术，并对该技术进行了模型 村镇建筑的损毁程度远高于 城市地区四】 因此 振动台试验：曹万林等研究了一种玻璃珠砂浆层 高村镇建筑抗震性能迫在眉睫。近年来，国内诸多 基础滑移隔震砌体结构：尚守平)等提出一种位于 专家学者对村镇隔震技术进行了研究，旨在改善村 基础顶面放置新型的钢筋一沥青复合隔震墩技术 镇建筑的抗震性能。其中，谭平回等提出一种新型 简易隔震支座技术一工程塑料板橡胶隔震支座：李 史庆轩等介绍了砂垫层基础滑移隔震的设计周 则，并在采用Abagus有限元软件分析的基础上，得 出了在不同摩擦力作用下满足抗震受剪承载力的最 [收稿日期】2016-07-29 低砂浆标准：黄襄云等研究了一种新型纤维胶 【基金项目】国家自然科学基金项目(51368054) 隔震支座并对其进行了振动台试验研究。这些研究 兵团科技接专项项日(2014AB0ǒ3 皆遵循了村镇建筑“因地制宜、就地取材、简单有 Eanhquake Resistant Engincering and Retrofitting Ape.2017 1004.2017chi Academic al Electronic Publishing All rights rved www.cnki.ne
第 39 卷第 2 期 2017 年 4 月 工程抗震与加固改造 Earthquake Ｒesistant Engineering and Ｒetrofitting Vol. 39，No. 2 Apr． 2017 Earthquake Ｒesistant Engineering and Ｒetrofitting Apr． 2017 ［文章编号］ 1002-8412( 2017) 02-0122-07 DOI: 10. 16226 /j． issn． 1002 － 8412. 2017. 02. 019 简易滑移隔震技术在村镇建筑中的应用 王 飞1 ，袁 康1，2 ，郭军林1 ，李英民2 ( 1． 石河子大学 水利建筑工程学院，新疆 石河子 832003; 2． 重庆大学 土木工程学院，重庆 400045) ［提 要］ 针对传统抗震措施在村镇建筑中难以执行的现状，本文依据因地制宜、就地取材的村镇建筑抗震原则，提出一种 造价低廉，施工便捷的简易滑移隔震技术，并对该技术的隔震部件设计、施工工艺进行了试验和工程实践研究。其构造及技 术原理为: 在室外地面标高处设置由上下两层组成、内置限位橡胶束的隔震圈梁，小震时结构整体抗震，中、大震时，圈梁一分 为二，上部结构在下圈梁上滑动耗能，减小上部地震输入，并由橡胶束提供限位功能，避免结构滑移量过大。研究表明，该技 术隔震效果显著，相关部件取材方便且造价低廉，适合在村镇建筑中推广应用。 ［关键词］ 村镇建筑; 滑移隔震; 砌体结构; 改性砂浆隔震层; 捆绑橡胶束 ［中图分类号］ TU26; TU352． 1 ［文献标识码］ A Application of Simple Sliding Seismic Isolation Technology in Ｒural Buildings Wang Fei1 ，Yuan Kang1，2 ，Guo Jun-lin1 ，Li Ying-min2 ( 1． College of Hydraulic and Civil Engineering，Shihezi University， Shihezi 832003，China; 2． College of Civil Engineering，Chongqing University，Chongqing 400045，China) Abstract: In view of the present situation，the traditional seismic measures in rural buildings are difficult to execute． Based on the seismic principle of rural buildings adjust measures to local conditions and materials，a simple sliding seismic isolation technology which is low cost and easy for construction is propose． The design of the isolation components and construction technology are tested and studied by the engineering practice． The layout of the structure is to set two layers of isolation ring beam with some limiting rubber bundles at outdoor ground level． Under frequent earthquake，the main seismic capacity depends on structure itself，during the moderate or rare earthquake，ring beam is divided into two parts，the upper structure slides on the ring beam to consume energy，it can greatly reduce the seismic response of the upper，the rubber beam provides the function of limiting displacement to avoid the excessive slippage on the structure． The research shows that this seismic isolation effect of the technology is significant，the relevant parts can obtain conveniently and low cost，so it can be popularized and applied in rural buildings． Keywords: rural building; sliding seismic isolation; masonry structure; modified mortar seismic isolation layer; boundrubber bundle E-mail: 371234314@ qq． com ［收稿日期］ 2016 － 07 － 29 ［基金项目］ 国家自然科学基金项目( 51368054) 兵团科技援疆专项项目( 2014AB053) 自唐山地震以来，我国先后经历了数十次破坏 性地震，如汶川、玉树地震等。历次地震结果表明， 村镇建筑的损毁程度远高于城市地区［1］。因此，提 高村镇建筑抗震性能迫在眉睫。近年来，国内诸多 专家学者对村镇隔震技术进行了研究，旨在改善村 镇建筑的抗震性能。其中，谭平［2］等提出一种新型 简易隔震支座技术—工程塑料板橡胶隔震支座; 李 英民［3］研发了一种在建筑物底层墙体之间内置橡 胶束的简易消能减震技术，并对该技术进行了模型 振动台试验; 曹万林［4］等研究了一种玻璃珠砂浆层 基础滑移隔震砌体结构; 尚守平［5］等提出一种位于 基础顶面放置新型的钢筋 － 沥青复合隔震墩技术; 史庆轩［6］等介绍了砂垫层基础滑移隔震的设计原 则，并在采用 Abaqus 有限元软件分析的基础上，得 出了在不同摩擦力作用下满足抗震受剪承载力的最 低砂浆标准; 黄襄云［7］等研究了一种新型纤维橡胶 隔震支座并对其进行了振动台试验研究。这些研究 皆遵循了村镇建筑“因地制宜、就地取材、简单有
第39卷第2期 王飞，等：简易滑移弱震技术在村镇建筑中的应用 123 效、经济实用”的抗震原划，对于村镇建筑抗震性能 研究，并对普通墙和隔震墙进行了拟静力试验，提出 的提高具有重大意义。 一套应用简易滑移隔震技术的隔震部件设计方法以 在上球研究的基础上，针对我国北方地区村销 及施工工艺，并将此技术应用干伊型霍城具清水河 建筑面临地震和地基冻胀双重威胁的现状，本文持 镇的砌体结构实际工程中 出 一种兼顾抗震及抗冻胀的简易滑移隔震技 1 简易滑移隔震技术原理 术)。根据该技术进行了限位橡胶束抗剪切试验、 本文提出一种适用于村镇低层建筑的简易滑移 改性砂浆压剪试验和摩擦系数试验等力学性能试验 隔震技术，其构造形式如图1所示。 上 限位橡胶来 室外地面 室外地 表性秒浆滑移 过大放革 素混凝土垫层 素泥凝士层 a创立面 -斜面 图1简易滑移隔震体系布置示意图 Fig.1 Sketch of simple sliding seismi isolation system 其构造形式为：在室外地坪标高处，设置每隔 性能：(2)相对普通墙的包络面积而言隔震墙的包 段间距安插有限位橡胶束的隔震圈梁，隔震图梁分 络面积更大，表明隔需墙可以吸收更多的能量，塑性 上下两层两次浇筑，两层愿震圈梁之间铺设有一层 变形能力更强，具有更好的抗震性能和耗能能力」 10mm厚改性砂浆作为隔震层。限位橡胶束可为檬 (3)由图可知普通墙的极限荷载为238kN,隔震墙 胶片成品或废旧轮胎割片捆绑而成，其具有取材》 的开裂滑动荷载为122kN,隔震墙体一直处于弹性 便、绿色环保，价格低廉的优点，砂浆隔震层和隔震 工作状态。 圈梁施工工艺简便易行。 2技术应用研究 其工作原理为：在多遇地震作用下，改性砂浆蹈 )1工理择状 震层未开裂，结构依靠自身整体抗震，实现“小震不 本工程为兵团科技援疆项目试验示范工程，位 坏”的设计目标： ,大震作用下，改性砂浆隔震园 于新疆伊犁霍城县清水河镇。该工程为单层砌体结 开裂并开始滑移耗能，主体结构随上园梁一起滑移 构民用房屋，总建筑高度为3.6m,建筑长9.24m、宽 从而实现“中、大震开裂工作”的设计目标。限位橡 3.6m,总建筑面积约为33m2。抗震设防烈度为7 胶束发生前切变形并发挥限、复位功能，有效减轻 度，设计基本地霉加速度为0.15g,场地类别为 部结构地震作用，同时，通过隔震图梁的设置，可有 类，特征周朔为0.45s。培厚为240mm,采用现浇混 效消除地基冻胀对建筑整体性 的危 凝土楼板 为了综合评价滑移震技术的有效性，对1个 工程采用简易滑移隔震技术，在室外地坪标高 普通砌体墙和1个应用滑移隔震技术、隔震层砂浆 处设置隔震圈梁，隔震圈梁中共安插16个限位橡胶 强度等级为M2.5(滑石粉摻量为5%)的隔震砌体 束，按同轴线平行、间距平均的方式设置于隔震国梁 墙进行了拟静力试验，并得到了滞回曲线等抗震性 中。圈梁中部捕设右一层10mm厚标号为2.5（沿 能指标（图2） 石粉掺量为5% 改性砂浆作为隔震层。其建筑平 试验表明：(1)普通培滞回曲线较密集形状为 面图、立面图见图3所示。 “梭形”，而阳震墙滞回环较为饱满，形成“忆形”，说 2.2隔震部件设计 明隔震培受到了大量的滑移影响，具有较好的滑移 2.2.1改性砂浆隔震层设计 ng and Retrofitting Vol.39.No.2 2017 994-2017China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.enki.ne
第 39 卷第 2 期 王 飞，等: 简易滑移隔震技术在村镇建筑中的应用 ·123· Earthquake Ｒesistant Engineering and Ｒetrofitting Vol. 39，No. 2 2017 效、经济实用”的抗震原则，对于村镇建筑抗震性能 的提高具有重大意义。 在上述研究的基础上，针对我国北方地区村镇 建筑面临地震和地基冻胀双重威胁的现状，本文提 出了一种兼顾抗震及抗冻胀的简易滑移隔震技 术［8］。根据该技术进行了限位橡胶束抗剪切试验、 改性砂浆压剪试验和摩擦系数试验等力学性能试验 研究，并对普通墙和隔震墙进行了拟静力试验，提出 一套应用简易滑移隔震技术的隔震部件设计方法以 及施工工艺，并将此技术应用于伊犁霍城县清水河 镇的砌体结构实际工程中。 1 简易滑移隔震技术原理 本文提出一种适用于村镇低层建筑的简易滑移 隔震技术，其构造形式如图 1 所示。 图1 简易滑移隔震体系布置示意图 Fig． 1 Sketch of simple sliding seismic isolation system 其构造形式为: 在室外地坪标高处，设置每隔一 段间距安插有限位橡胶束的隔震圈梁，隔震圈梁分 上下两层两次浇筑，两层隔震圈梁之间铺设有一层 10mm 厚改性砂浆作为隔震层。限位橡胶束可为橡 胶片成品或废旧轮胎割片捆绑而成，其具有取材方 便、绿色环保，价格低廉的优点，砂浆隔震层和隔震 圈梁施工工艺简便易行。 其工作原理为: 在多遇地震作用下，改性砂浆隔 震层未开裂，结构依靠自身整体抗震，实现“小震不 坏”的设计目标; 中、大震作用下，改性砂浆隔震层 开裂并开始滑移耗能，主体结构随上圈梁一起滑移， 从而实现“中、大震开裂工作”的设计目标。限位橡 胶束发生剪切变形并发挥限、复位功能，有效减轻上 部结构地震作用，同时，通过隔震圈梁的设置，可有 效消除地基冻胀对建筑整体性的危害。 为了综合评价滑移隔震技术的有效性，对 1 个 普通砌体墙和 1 个应用滑移隔震技术、隔震层砂浆 强度等级为 M2. 5( 滑石粉掺量为 5% ) 的隔震砌体 墙进行了拟静力试验，并得到了滞回曲线等抗震性 能指标( 图 2) 。 试验表明: ( 1) 普通墙滞回曲线较密集形状为 “梭形”，而隔震墙滞回环较为饱满，形成“Z 形”，说 明隔震墙受到了大量的滑移影响，具有较好的滑移 性能; ( 2) 相对普通墙的包络面积而言隔震墙的包 络面积更大，表明隔震墙可以吸收更多的能量，塑性 变形能力更强，具有更好的抗震性能和耗能能力。 ( 3) 由图可知普通墙的极限荷载为 238kN，隔震墙 的开裂滑动荷载为 122kN，隔震墙体一直处于弹性 工作状态。 2 技术应用研究 2. 1 工程概况 本工程为兵团科技援疆项目试验示范工程，位 于新疆伊犁霍城县清水河镇。该工程为单层砌体结 构民用房屋，总建筑高度为 3. 6m，建筑长 9. 24m、宽 3. 6m，总建筑面积约为 33m2 。抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度为 0. 15g，场地类别为Ⅱ 类，特征周期为 0. 45s。墙厚为 240mm，采用现浇混 凝土楼板。 工程采用简易滑移隔震技术，在室外地坪标高 处设置隔震圈梁，隔震圈梁中共安插 16 个限位橡胶 束，按同轴线平行、间距平均的方式设置于隔震圈梁 中。圈梁中部铺设有一层 10mm 厚标号为 M2. 5( 滑 石粉掺量为 5% ) 改性砂浆作为隔震层。其建筑平 面图、立面图见图 3 所示。 2. 2 隔震部件设计 2. 2. 1 改性砂浆隔震层设计
12 工程抗需与加固改浩 2017年4月 50-40-30-20 10200400 203040 图2荷载一位移滞回曲线 Fig.2 Load-displacement hysteretic curves 2,,2, 向正立面图 ② 背立面 建筑布置图 Fig.3 改性砂浆隔震层作为简易滑移隔震技术中“店 5%,7.5% 10%,12.5%,15%时的抗剪强度，摩擦 控”及“滑移隔震”部件，其应满足“小震不坏，中、大 系数试验得到了不同工况下改性砂浆的摩擦系数。 震开裂工作”的设计目标。因此，应寻求一种抗剪 结果见客图4。 强度大于村镇建筑在小震作用下的底部剪应力，且 底部剪力法计算结果和压剪试验结果表明：底 具有良好沿移性能的改性砂装作为隔怎层。本研究 部剪力法计算结果和压剪试验结果表明：标号为 以示范工程单层砌体房屋为背景，首先采用底部剪 M2.5,滑石粉掺量分别为5%的改性砂浆，在7度 力法叫计算其在不同抗震设防烈度区(7度(0.1g (0.1g、7度(0.15g)和8度(0.2g)设防烈度区，共 0.15g)、8度(0.2g))的底部剪力及剪应力，并进行 抗剪应力皆大于小震、小于大震作用下的底部剪应 了改性砂浆的压剪试验和摩擦系数试验，试验试件 力，其中标号为2.5.滑石粉掺量分别为7.5%的 采用两个混凝土试块代替上下圈梁，尺寸为150mm 改性砂浆.在7度(0.1g)、7度(0.15g)设防烈度区」 ×150mm×300mm.混凝+温度笔级为C20.质个混 其抗剪应力皆大于小震、小于大震作用下的底部剪 凝土块通过一层改性砂浆进行粘结，改性砂浆厚度 应力.8度(0 设防烈度区，其抗剪 力大 为10mm 震、小于大震作用下的底部剪应力。由此可认为，污 压剪试验得到了M2.5、M5、M7.5三种不同标 石粉掺量为5%，7.5%的改性砂浆可满足高烈度区 号砂浆在改性材料（滑石粉）掺量为0%，2.5% 低层砌体民房“小震不坏，中、大震开裂工作”的设 Earhquake Resistant Engincering and Retrofitting Ape.2017 1994-2017 China Academic Jour al Electronic Publishing All rights ved www.cnki.ne
·124· 工程抗震与加固改造 2017 年 4 月 Earthquake Ｒesistant Engineering and Ｒetrofitting Apr． 2017 图 2 荷载—位移滞回曲线 Fig． 2 Load-displacement hysteretic curves 图 3 建筑布置图 Fig． 3 Construction plan 改性砂浆隔震层作为简易滑移隔震技术中“启 控”及“滑移隔震”部件，其应满足“小震不坏，中、大 震开裂工作”的设计目标。因此，应寻求一种抗剪 强度大于村镇建筑在小震作用下的底部剪应力，且 具有良好滑移性能的改性砂浆作为隔震层。本研究 以示范工程单层砌体房屋为背景，首先采用底部剪 力法［9］计算其在不同抗震设防烈度区( 7 度( 0. 1g、 0. 15g) 、8 度( 0. 2g) ) 的底部剪力及剪应力，并进行 了改性砂浆的压剪试验和摩擦系数试验，试验试件 采用两个混凝土试块代替上下圈梁，尺寸为 150mm × 150mm × 300mm，混凝土强度等级为 C20，两个混 凝土块通过一层改性砂浆进行粘结，改性砂浆厚度 为 10mm。 压剪试验得到了 M2. 5、M5、M7. 5 三种不同标 号砂浆在改性材料( 滑石粉) 掺量为 0% ，2. 5% ， 5% ，7. 5% ，10% ，12. 5% ，15% 时的抗剪强度，摩擦 系数试验得到了不同工况下改性砂浆的摩擦系数。 结果见图 4。 底部剪力法计算结果和压剪试验结果表明: 底 部剪力法计算结果和压剪试验结果表明: 标号为 M2. 5，滑石粉掺量分别为 5% 的改性砂浆，在 7 度 ( 0. 1g) 、7 度( 0. 15g) 和 8 度( 0. 2g) 设防烈度区，其 抗剪应力皆大于小震、小于大震作用下的底部剪应 力，其中标号为 M2. 5，滑石粉掺量分别为 7. 5% 的 改性砂浆，在 7 度( 0. 1g) 、7 度( 0. 15g) 设防烈度区， 其抗剪应力皆大于小震、小于大震作用下的底部剪 应力，8 度( 0. 2g) 设防烈度区，其抗剪应力大于中 震、小于大震作用下的底部剪应力。由此可认为，滑 石粉掺量为 5% 、7. 5% 的改性砂浆可满足高烈度区 低层砌体民房“小震不坏，中、大震开裂工作”的设
第39卷第2期 王飞，等：简易滑移弱震技术在村镇建筑中的应用 125 计目标。摩擦系数试脸结果表明：强度等级为 结果，示范工程选用滑石粉渗量为5%、强度等级为 M2.5、滑石粉掺量为5%的改性砂浆，摩擦系数最 M2.5的改性砂浆作为隔震层。 小.且其取值小于7度(0.15g)时的罕遇地震作用 不同烈度区的材料配方及相应的技术参数。具 下水平地震影响系数最大值，故结合前述压剪试 体见表1。 0.62 06 050.25 100125 ◆-M2 5量-M7.5 a)抗剪强 )摩推系数 改性砂： 抗剪强度、摩擦系数对比臣 Fig. Contr ified mortar she strength and friction coefficient 材料配方及技术参数 Tab. I par 抗震设 地使身 底部剪力 剪应力 砂浆强 滑石粉 抗剪应力 摩擦 防烈度 响系数 (kN) (MPa) 度等致 掺量(%)】 MPa) 系数 0.08 56.82 0.022 5 0.127 0523 70.1g 0.23 163.36 0.06 7.5 0.09 0.53 0.5 355.14 0.137 10 0.286 0511 0.12 85.2 0.03 0.12 0.523 70.15g 0.34 241.5 0.09 M2.5 7.5 0.096 0.533 072 51.4 0197 0.286 0.511 0.16 113.64 0.044 5 0.127 0.523 80.2g 0.45 319.63 0.123 7.5 0.09 0.53 0.9 639.25 0.247 10 0.286 0.511 2.2.2报位接胶来设计 限位檬胶束作为隔震技术中的限，复位装置，主 要避免上部结构产生过大位移。限位橡胶東的抗剪 强度和变形能力直接关系到隔震体系中上部结构污 移量，其个数由计算确定。故针对限位橡胶束的抗 剪强度进行了试验研究，见图5所示。 试验选用的限位橡胶束尺寸为：长×宽×高= 150mm×80mm×310mm,弹性模量E=6.1MPa。限 图5橡胶束剪切试验 位橡胶束由8层厚度为10mm的橡胶片叠加后，采 Fig.5 Shearing test of rubber bundles 用铁丝作为箍筋捆绑而成，箍筋道数选用3道及5 道两种工况。考虑到新疆的地域特点，试验环境条 1994-2017China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enkin
第 39 卷第 2 期 王 飞，等: 简易滑移隔震技术在村镇建筑中的应用 ·125· Earthquake Ｒesistant Engineering and Ｒetrofitting Vol. 39，No. 2 2017 计目 标。摩擦系数试验结果表明: 强 度 等 级 为 M2. 5、滑石粉掺量为 5% 的改性砂浆，摩擦系数最 小，且其取值小于 7 度( 0. 15g) 时的罕遇地震作用 下水平地震影响系数最大值，故结合前述压剪试验 结果，示范工程选用滑石粉掺量为 5% 、强度等级为 M2. 5 的改性砂浆作为隔震层。 不同烈度区的材料配方及相应的技术参数。具 体见表 1。 图 4 改性砂浆抗剪强度、摩擦系数对比图 Fig． 4 Contrast diagram of the modified mortar shear strength and friction coefficient 表 1 材料配方及技术参数 Tab． 1 The material formula and technical parameter 抗震设 防烈度 地震影 响系数 底部剪力 ( kN) 剪应力 ( MPa) 砂浆强 度等级 滑石粉 掺量( % ) 抗剪应力 ( MPa) 摩擦 系数 0. 08 56. 82 0. 022 5 0. 127 0. 523 7( 0. 1g) 0. 23 163. 36 0. 063 7. 5 0. 096 0. 533 0. 5 355. 14 0. 137 10 0. 286 0. 511 0. 12 85. 23 0. 033 5 0. 127 0. 523 7( 0. 15g) 0. 34 241. 5 0. 093 M2. 5 7. 5 0. 096 0. 533 0. 72 511. 4 0. 197 10 0. 286 0. 511 0. 16 113. 64 0. 044 5 0. 127 0. 523 8( 0. 2g) 0. 45 319. 63 0. 123 7. 5 0. 096 0. 533 0. 9 639. 25 0. 247 10 0. 286 0. 511 2. 2. 2 限位橡胶束设计 限位橡胶束作为隔震技术中的限、复位装置，主 要避免上部结构产生过大位移。限位橡胶束的抗剪 强度和变形能力直接关系到隔震体系中上部结构滑 移量，其个数由计算确定。故针对限位橡胶束的抗 剪强度进行了试验研究，见图 5 所示。 试验选用的限位橡胶束尺寸为: 长 × 宽 × 高 = 150mm × 80mm × 310mm，弹性模量 E = 6. 1MPa。限 位橡胶束由 8 层厚度为 10mm 的橡胶片叠加后，采 用铁丝作为箍筋捆绑而成，箍筋道数选用 3 道及 5 图 5 橡胶束剪切试验 Fig． 5 Shearing test of rubber bundles 道两种工况。考虑到新疆的地域特点，试验环境条
126 工程抗震与加固改造 2017年4月 3道 。一5道筋 421 1025 15 55 7595 )常温负温 图6限位橡胶束试验结果 Fig.6 Test results of limit rubber bundles 件选用常温及负温两种。试哈结果如图6所示 由式(5)、(6)可求得限位橡胶束所需数量： N=D/K (6 式中：N为橡胶束个 抗剪能力.其抗剪强度可取值2.5Pa,极限变形可 根据上述公式，计算求得本工程在7度 取值4.=100mm。因此，为节约材料.可选用3道 (0.15g)大震作用下底部前力F.=511.4kN.该 箍筋捆绑的橡胶束作为限、复位部件。 配方下摩擦力为F=371.5kN.取A=△，= 橡胶束所需数量可采用底部剪力法确定。对于 100mm,并由(4)(5)，(6)式求得示范工程应在 本次所建造的房屋，其重力荷载代表值可计算为： 隔震圈梁X和Y方向各设置至少 限位橡胶 G.=G+0.5Q 1 即可满足要求，考虑到际地震作用下滑动摩擦 式中：G。为重力荷载代表值，G为永久荷载标准 力路小于计算静摩擦力，以及材料离散性等因素 值，Q.为可变荷载组合值 木工程结合房间布局.按间距1800mm布设，X和 由于所建房屋为单层建筑，其可视为单质点体 Y方向布分别布置了8个和6个橡胶束，具体布置 系，故 如图7所示。 (2) 式中：G为结构等效总重力荷载 采用底部剪力法时，单层建筑任一时刻结构的 底部剪力为： 1202 (3 式中：Fx为结构总水平地震作用标准值，a,为水 1530130013035018001350 平地震影响系数 根据橡胶束抗剪试验，可得到橡胶束极限抗剪 承载力V及极限变形4，因此单个橡胶束抗剪 图7橡胶束布置图 刚度： Fig.7 The layout of rubber bundles K V/A 2.3施工工艺 上部结构滑移位移为A应不大于橡胶束的极 在隔震技术实际应用中，新建建筑施工时，限位 限变形能力，一般为使滑移耗能充分发挥，可取4= 橡胶束为预制，尺寸为长×宽×高=150mm×80mm 4,则所需限位橡胶束的总刚度D: ×310mm, 上图梁截面尺寸为宽×高 =240mm× =(FEK-F)/A 150mm,下圈梁截面尺寸为宽×高-370mm× 上式中F。近似取为F。=以·Gn· 150mm,隔震层厚度为10mm。其具体施工工工艺 Eanhquake Resistant Engincering and Retrofitting Ape.2017 1004.2017chi nal Electronic Publishing All rights ved /www.cnki.ne
·126· 工程抗震与加固改造 2017 年 4 月 Earthquake Ｒesistant Engineering and Ｒetrofitting Apr． 2017 图 6 限位橡胶束试验结果 Fig． 6 Test results of limit rubber bundles 件选用常温及负温两种。试验结果如图 6 所示。 由图 6 可见: 箍筋道数对限位橡胶束抗剪强度 影响不大，在负温条件下，限位橡胶束仍具有较好的 抗剪能力，其抗剪强度可取值 2. 5MPa，极限变形可 取值 Δ1 = 100mm。因此，为节约材料，可选用 3 道 箍筋捆绑的橡胶束作为限、复位部件。 橡胶束所需数量可采用底部剪力法确定。对于 本次所建造的房屋，其重力荷载代表值可计算为: Ge = Gk + 0． 5Qk ( 1) 式中: Ge 为重力荷载代表值，GK 为永久荷载标准 值，Qk 为可变荷载组合值。 由于所建房屋为单层建筑，其可视为单质点体 系，故: Ge = Geq ( 2) 式中: Geq 为结构等效总重力荷载。 采用底部剪力法时，单层建筑任一时刻结构的 底部剪力为: FEK = α1 × Geq ( 3) 式中: FEK 为结构总水平地震作用标准值，α1 为水 平地震影响系数。 根据橡胶束抗剪试验，可得到橡胶束极限抗剪 承载力 V 及极限变形 Δ1，因此单个橡胶束抗剪 刚度: K = V /Δ1 ( 4) 上部结构滑移位移为 Δ 应不大于橡胶束的极 限变形能力，一般为使滑移耗能充分发挥，可取 Δ = Δ1，则所需限位橡胶束的总刚度 D: D = ( FEK － Fμ) /Δ ( 5) 上式中 Fμ 近似取为 Fμ = μ·Geq 。 由式( 5) 、( 6) 可求得限位橡胶束所需数量: N = D /K ( 6) 式中: N 为橡胶束个数。 根据 上 述 公 式，计算求得本工程在 7 度 ( 0. 15g) 大震作用下底部剪力 FEK = 511． 4kN，该 配方 下 摩 擦 力 为 Fμ = 371． 5kN，取 Δ = Δ1 = 100mm，并由( 4) 、( 5) 、( 6) 式求得示范工程应在 隔震圈梁 X 和 Y 方向各设置至少 5 个限位橡胶束 即可满足要求，考虑到实际地震作用下滑动摩擦 力略小于计算静摩擦力，以及材料离散性等因素， 本工程结合房间布局，按间距 1800mm 布设，X 和 Y 方向布分别布置了 8 个和 6 个橡胶束，具体布置 如图 7 所示。 图 7 橡胶束布置图 Fig． 7 The layout of rubber bundles 2. 3 施工工艺 在隔震技术实际应用中，新建建筑施工时，限位 橡胶束为预制，尺寸为长 × 宽 × 高 = 150mm × 80mm × 310mm，上圈梁截面尺寸为宽 × 高 = 240mm × 150mm，下 圈 梁 截 面 尺 寸 为 宽 × 高 = 370mm × 150mm，隔震层厚度为 10mm。其具体施工工工艺
第39卷第2期 王飞，等：简易滑移弱震技术在村镇建筑中的应用 127- 如下： ()下图梁及橡胶束施工工艺：支下圈梁模板 时，描板内应保持干净，其缝隙超过趣定时应堵寒严 密，模板支护完成即可绵扎下圈梁钢筋，钢筋搭接书 度按受拉钢筋考虑，根据馄凝土结构设计规范》 第8.4.4条规定取用。箍筋应按图纸要求间距指 接，并沿受力钢筋相互错开。下圈梁钢筋绑扎完成 后，在浇筑下园梁之前，根据先前计算的橡胶束翠 图8辅设砂浆爆震层 量，按同轴线平均间距的方式竖直固定于圈梁模板 Fig.8 Laying the mortar slip layer 中。橡胶束固定完成后，即可浇筑下圈梁混凝士 下圈梁为一次性浇筑，浇筑、振坞下图梁时，保证橡 胶束位置不产生错动，圈梁接楼处的松散混凝土应 别除。 (2)下圈梁浇筑完成后进行上表面收光，养护 24h后，在下圈梁上铺设一层厚度为10mm的改性 砂浆作为隔震层，隔震层铺设前，应先清理下圈梁 上表面的杂物及灰尘，隔震层铺设时应严格控制 图9圈梁浇筑完毕 强霉层厚府，铺设完成后收光养护。养护24h后 Fig.9 The ring beam pouring finished 进行上图梁的施工，上图梁施工工艺与下图梁 2.4造价分析 相同。 使用这种简易滑移隔震技术的房屋在小震时可 依靠自身来实现小震 不坏，中、大震作 下隔震圈梁 中部砂浆隔震层开裂，上图梁连同上部主体结构开 始滑移，滑移层实现滑动摩擦耗能，且拟静力试验表 明采用简易滑移隔震技术的隔震墙抗震效果更为理 相本文针对本示带工程采用简易沿移隔霉技术后 对各种新增材料单价及每平方米适价进行了统计 图7浇筑下图粱 可得传统房屋单位基本造价，传统房屋与滑移隔震 Fig.7 Pouring the ring beam 房每平米基本造价对比详见表2。 表2房屋造价对比结果 Tab.2 Building of the cost comparison results 橡胶束 滑石粉 房屋类型 基本造价 单价（元）每平米造价（元）单价（元kg 总价（元/m) (元/m 每平米造价（元 传统房屋 800 0.8 800 滑移隔震房 21.4 0.8 046 821.9 由表2可知：使用简易滑移福震技术后房屋每 3结论 平米造价并没有明显提高，较传统村镇房屋每平米 本文提出一种简易滑移蹑震技术，对其进行了 造价只需提高了27%，抗震设防便可得到很大改 系统的试验研究，并将此技术应用于新墨伊型霍城 善，故此技术可满足村镇居民对于房屋经济实用的 县清水河镇单层砌体试验示范工程中，提出了相应 要求。 的隔震部件设计方法以及施工工艺，得到如下结论 Earbquake Resistant Engineering and Retmofitting Vol 39.No 2 2017 1994-2017China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www
第 39 卷第 2 期 王 飞，等: 简易滑移隔震技术在村镇建筑中的应用 ·127· Earthquake Ｒesistant Engineering and Ｒetrofitting Vol. 39，No. 2 2017 如下: ( 1) 下圈梁及橡胶束施工工艺: 支下圈梁模板 时，模板内应保持干净，其缝隙超过规定时应堵塞严 密，模板支护完成即可绑扎下圈梁钢筋，钢筋搭接长 度按受拉钢筋考虑，根据《混凝土结构设计规范》［9］ 第 8. 4. 4 条规定取用。箍筋应按图纸要求间距搭 接，并沿受力钢筋相互错开。下圈梁钢筋绑扎完成 后，在浇筑下圈梁之前，根据先前计算的橡胶束数 量，按同轴线平均间距的方式竖直固定于圈梁模板 中。橡胶束固定完成后，即可浇筑下圈梁混凝土。 下圈梁为一次性浇筑，浇筑、振捣下圈梁时，保证橡 胶束位置不产生错动，圈梁接槎处的松散混凝土应 剔除。 ( 2) 下圈梁浇筑完成后进行上表面收光，养护 24h 后，在下圈梁上铺设一层厚度为 10mm 的改性 砂浆作为隔震层，隔震层铺设前，应先清理下圈梁 上表面的杂物及灰尘，隔震层铺设时应严格控制 隔震层厚度，铺设完成后收光养护。养护 24h 后 进行上 圈 梁 的 施 工，上圈梁施工工艺与下圈梁 相同。 图 7 浇筑下圈梁 Fig． 7 Pouring the ring beam 图 8 铺设砂浆隔震层 Fig． 8 Laying the mortar slip layer 图 9 圈梁浇筑完毕 Fig． 9 The ring beam pouring finished 2. 4 造价分析 使用这种简易滑移隔震技术的房屋在小震时可 依靠自身来实现小震不坏，中、大震作用下隔震圈梁 中部砂浆隔震层开裂，上圈梁连同上部主体结构开 始滑移，滑移层实现滑动摩擦耗能，且拟静力试验表 明采用简易滑移隔震技术的隔震墙抗震效果更为理 想，本文针对本示范工程采用简易滑移隔震技术后， 对各种新增材料单价及每平方米造价进行了统计。 可得传统房屋单位基本造价，传统房屋与滑移隔震 房每平米基本造价对比详见表 2。 表 2 房屋造价对比结果 Tab． 2 Building of the cost comparison results 房屋类型 基本造价 ( 元/m) 橡胶束 滑石粉 单价( 元) 每平米造价( 元) 单价( 元/ kg) 每平米造价( 元) 总价( 元/m) 传统房屋 800 50 － 0. 8 － 800 滑移隔震房 800 50 21. 4 0. 8 0. 46 821. 9 由表 2 可知: 使用简易滑移隔震技术后房屋每 平米造价并没有明显提高，较传统村镇房屋每平米 造价只需提高了 2. 7% ，抗震设防便可得到很大改 善，故此技术可满足村镇居民对于房屋经济实用的 要求。 3 结论 本文提出一种简易滑移隔震技术，对其进行了 系统的试验研究，并将此技术应用于新疆伊犁霍城 县清水河镇单层砌体试验示范工程中，提出了相应 的隔震部件设计方法以及施工工艺，得到如下结论:
128 工程抗震与加固改造 2017年4月 (1)本文所提出的简易滑移隔震技术克服了以 [3] 李英民，卜长明，刘凯，等。简易酒能减震刷体结构模 往抗霉技术施工复杂的缺陷，其具有施工工艺简单 型振动台试验】.重庆大学学报，2013,36(6)：46 取材方使环保、造价低廉、陌震效果明显等特点，适 52 合我国低层村镇砌体建筑应用。 i Ying-min Bu Chang-ming Liu Kai.et al Shakin (2)对简易滑移隔震技术的试验研究可知，在 度(0.15g)新建村镇砌体建筑时，使用简易滑移隔 l of Chongqing University 震技术，2.5（擒量5%滑石粉）改性砂浆作为砂浆 2013,36(6:46-52(in0 se) [4 隔震层可满足“小震不坏、中大震开裂工作”的设计 曹万林，戴租远 村镇建筑低成本隔震技术 研究现状与展望.自然灾害学报，2014,23(6)：38 目标，且该隔震层具有较好的滑移性能。由8层 10mm厚尺 寸为 长×宽×高=150mm80mm Cao Wan-in,Dai Za-yua Ye Wei,et al.Res h an 310mm橡胶片捆绑而成，箍筋道数为3道的捆绑橡 胶束可以作为限、复位装置，其极限抗剪强度可为 mal of N 2014,2 2.5MPa,极限变形取值△=100mm,并在负温条件 (6:38 下仍具有较好的抗剪能力· [5] 尚守 新型隔震墩在农村居民中 (3)对应用简易滑移隔震技术的隔震墙与普通 技术，2011， 0337):58-6 墙进行了拟静力试验，试验结果表明：简易滑移隔震 Zhi-yua Mei-tang 技术具有较好滑移隔震性能，可以有效减轻地震力 向上部结构的输入，提高其抗震性能。 哈，2011.40337 )与传统村镇房屋相比，主要的施工工艺区 [6 别在于 筑砌体结构滑移 在室外地面标高处设置由」 下两层组成、内 ,震灾防御技 米，2014.94)：891 置限位橡胶束的隔震圈梁，在隔震圈梁之间铺设 层10mm厚改性砂浆作为隔震层，该施工工艺简单 iQing xuan Wang Q et a 易行。技术经济实用，在造价微增的情况下可大幅 idin 提高建筑物的抗震性能，可在经济条件较为落后的 for 村镇地区普及推广。 [7 参考文献(References): 自 学版 [1】李钢，刘晓字，李宏男.汶川地震村镇建筑结构震害 调查与分析[】.大连理工大学学报，2009,49(5) 724-730 Fin Li Gang.Liu Xiao-yu.Li Hong-nan.Seismie Damag 010051.21 Wenchuan Farthquake [Journal of Dalian University 26(im of Technology.099(5):724-730(in Chinese) [8 [2】谭平徐凯，王斌.等 基于新型简易隔震支座的村锌 建筑隔辰性能研究门.土木工程学报，2013,46(5)： 64-70 e[P Tan Ping,Xu Kai,Wang Bin,et al.Performance Study of olated Rural Building Using Novel Simple Isolator in Chine [9] []China Civil Engineering Joumal,2013.46(5):64 Design of Buildin -70(in Chinese） [作者简介】王飞(191-).男，硕士研究生 Earthquake Resistant Engineering and Retrofiuing Ape.2017 1994-2017China Academie Joural Electronic Publishir hup /www.cnki.ne
·128· 工程抗震与加固改造 2017 年 4 月 Earthquake Ｒesistant Engineering and Ｒetrofitting Apr． 2017 ( 1) 本文所提出的简易滑移隔震技术克服了以 往抗震技术施工复杂的缺陷，其具有施工工艺简单、 取材方便环保、造价低廉、隔震效果明显等特点，适 合我国低层村镇砌体建筑应用。 ( 2) 对简易滑移隔震技术的试验研究可知，在 7 度( 0. 15g) 新建村镇砌体建筑时，使用简易滑移隔 震技术，M2. 5( 掺量 5% 滑石粉) 改性砂浆作为砂浆 隔震层可满足“小震不坏、中大震开裂工作”的设计 目标，且该隔震层具有较好的滑移性能。由 8 层 10mm 厚尺寸为: 长 × 宽 × 高 = 150mm × 80mm × 310mm 橡胶片捆绑而成，箍筋道数为 3 道的捆绑橡 胶束可以作为限、复位装置，其极限抗剪强度可为 2. 5MPa，极限变形取值 Δ = 100mm，并在负温条件 下仍具有较好的抗剪能力。 ( 3) 对应用简易滑移隔震技术的隔震墙与普通 墙进行了拟静力试验，试验结果表明: 简易滑移隔震 技术具有较好滑移隔震性能，可以有效减轻地震力 向上部结构的输入，提高其抗震性能。 ( 4) 与传统村镇房屋相比，主要的施工工艺区 别在于; 在室外地面标高处设置由上下两层组成、内 置限位橡胶束的隔震圈梁，在隔震圈梁之间铺设一 层 10mm 厚改性砂浆作为隔震层，该施工工艺简单 易行。技术经济实用，在造价微增的情况下可大幅 提高建筑物的抗震性能，可在经济条件较为落后的 村镇地区普及推广。 参考文献( Ｒeferences) : ［1］ 李钢，刘晓宇，李宏男． 汶川地震村镇建筑结构震害 调查与分析［J］． 大连理工大学学报，2009，49 ( 5) : 724 ～ 730 Li Gang，Liu Xiao-yu，Li Hong-nan． Seismic Damage Investigation and Analysis on Ｒural Buildings in Wenchuan Earthquake［J］． Journal of Dalian University of Technology，2009，49( 5) : 724 ～ 730( in Chinese) ［2］ 谭平，徐凯，王斌，等． 基于新型简易隔震支座的村镇 建筑隔震性能研究［J］． 土木工程学报，2013，46( 5) : 64 ～ 70 Tan Ping，Xu Kai，Wang Bin，et al． Performance Study of Isolated Ｒural Buildings Using Novel Simple Isolators ［J］． China Civil Engineering Journal，2013，46( 5) : 64 ～ 70( in Chinese) ［3］ 李英民，卜长明，刘凯，等． 简易消能减震砌体结构模 型振动台试验［J］． 重庆大学学报，2013，36( 6) : 46 ～ 52 Li Ying-min，Bu Chang-ming，Liu Kai，et al． Shaking Table Experiments on a Simple Energy Dissipation Masonry Structure［J］． Journal of Chongqing University， 2013，36，( 6) : 46 ～ 52( in Chinese) ［4］ 曹万林，戴租远，叶炜，等． 村镇建筑低成本隔震技术 研究现状与展望［J］． 自然灾害学报，2014，23( 6) : 38 ～ 46 Cao Wan-lin，Dai Zu-yuan，Ye Wei，et al． Ｒesearch and Prospect of Low-cost Isolation Techniques for Ｒural Buildings［J］． Journal of Natural Disasters，2014，23 ( 6) : 38 ～ 46( in Chinese) ［5］ 尚守平，郜志远，徐梅芳． 新型隔震墩在农村居民中 的应用［J］． 施工技术，2011，40( 337) : 58 ～ 61 Shang Shou-ping， Gao Zhi-yuan， Xu Mei-fang． Application of a New Type of Seismic Isolation Pier in Ｒural Ｒesidential Buildings ［ J ］． Construction Technology，2011，40( 337) : 58 ～ 61( in Chinese) ［6］ 史庆轩，戎羽中，王秋维，等． 村镇建筑砌体结构滑移 隔震性能研究［J］． 震灾防御技术，2014，9( 4) : 891 ～ 897 Shi Qing-xuan，Ｒong Yu-zhong，Wang Qiu-wei，et al． Ｒesearch on Sliding Isolation Property of Ｒural Masonry Structures［J］． Technology for Earthquake Disaster Prevention，2014，9( 4) : 891 ～ 897( in Chinese) ［7］ 黄襄云，周福霖，曹京源，等． 纤维橡胶隔震结构模拟 地震振动台试验研究及仿真分析［J］． 广州大学学报 ( 自然科学版) ，2010，9( 5) : 21 ～ 26 Huang Xiang-yun，Zhou Fu-lin，Cao Jin-yuan，etal． Simulating Earthquake Shaking Table Tests of Isolation Structure with Fiber-reinforced Isolator and Finite Element Analysis［J］． Journal of Guangzhou University ( Natural Science Edition) ，2010，9 ( 5 ) : 21 ～ 26 ( in Chinese) ［8］ 袁康，郭军林，白宏思，等． 简易滑移减震体系结构 ［P］． 中国专利: 201520140820. 0，2015 － 07 － 22 Yu Kang，Guo Jun-lin，Bai Hong-si，et al． Simple Sliding Seismic Isolation System Structure［P］． Chinese Patent: 201520140820. 0，2015 － 07 － 22( in Chinese) ［9］ GB50011-2010，建筑抗震设计规范［S］ GB50011-2010，Code for Seismic Design of Buildings ［S］( in Chinese) ［作者简介］ 王飞( 1991 ～ ) ，男，硕士研究生
