构建地震中的
“安全岛”
天津建院设计二院减隔震项目
近年来，随着地震灾害的频繁出现，给房屋建筑的抗震设计带来了一定的挑战。传统结构抗震设计主要致力于保证结构自身的强度、刚度和延性，使建筑具有一定的抗震能力。此时，结构处于被动抵御的地位，是一种消极的抗震方式，且这种结构设计成本高、大震效果差，即便在地震中主体结构不倒，但围护结构产生的次生灾害也会造成人员伤亡，增加后期维修成本。
减隔震技术
为了减小震伤，增强建筑结构抗震能力，减隔震技术作为一种新的抗震技术，在美国、日本、新西兰等地震多发国家得到广泛应用。随着我国对防震减灾工作越来越重视，该项技术在国内的建筑结构设计领域也逐渐普及。根据已有案例的震后表现，采用此设计方法的建筑普遍损伤较小，人民的生命财产安全得到有效保护，减隔震建筑成为了地震中的“安全岛”。
隔震与抗震楼地震表现对比
减隔震技术原理
减隔震技术即建筑隔震技术和建筑减震（结构消能减震）技术的简称，是通过采用具有承载力的特殊材料和结构来减轻地震灾害对建筑可能造成的破坏，是世界地震工程界推广应用较多的成熟的高新技术之一。以“柔”克“刚”是减隔震技术应用的核心，它改变了传统抗震以“刚”克“刚”的抗震理念，是在保护建筑物结构的同时更保护了其建筑使用功能，把“硬”抗震转变为“柔”减震和隔震的减隔震控制体系。尤其是隔震设计，其抗大震效果更佳。
隔震与减震对比
隔震技术通常在建筑物底部(或者某层)设置隔震层，地震时可产生类似滑板的效果，将结构体的晃动转化为隔震系统的横向位移，隔离绝大部分的地震波(或者其他振动)能量，从而保证上部结构的安全。减震技术又称为消能减震技术，原理类似于汽车或者摩托车的避震器，当地震(或者其他振动)发生时，可以吸收消耗相当部分的振动能量，减少其对建筑或桥梁结构体的破坏，达到抗震效果。
通过对比可知，隔震技术立足于“隔”，隔震效果最彻底，可以吸收更多的地震能量，一般降低地震作用50%~80%；适用于多高层建筑，在高烈度区技术经济效益尤为明显；对建筑平面布局、竖向建筑功能基本无影响；安全储备高。截至目前，在全球范围内，无论是实际地震中，还是地震实验，都没有发生过一次隔震建筑损坏的情况。
隔震技术的应用
为了更好地进行建筑结构设计，天津建院设计二院依托总院平台，发挥分院优势，立足天津，布局全国，在二院院长毛俊、副院长孙学华的带领下，承揽了一批极具影响力的文化教育类项目，这些项目普遍采用了隔震技术。
天津塘沽一中
建筑面积：14.5万㎡
结构类型：混凝土框架/剪力墙+橡胶支座
支座数量（套）：584
新建天津南开中学中关村科技城学校
建筑面积：10.2万㎡
结构类型：混凝土框架/剪力墙+橡胶支座
支座数量（套）：580
天津医科大学新校区三期工程
建筑面积：32万㎡
结构类型：混凝土框架/剪力墙+橡胶支座
支座数量（套）：2000
天津开发区岳阳道小学
建筑面积：2.38万㎡
结构类型：混凝土框架+摩擦摆支座
支座数量（套）：143
河北雄安新区启动区西南小学
建筑面积：2.66万㎡
结构类型：混凝土框架+摩擦摆支座
支座数量（套）：134
天津新建西区小镇九年一贯制学校
建筑面积：3.2万㎡
结构类型：混凝土框架+橡胶支座
支座数量（套）：206
天津开发区岳阳道小学
项目详解
该项目建筑面积约2.38万㎡，地上四层，结构高度17.75m。抗震设防烈度8度（0.30g），设防地震αmax=0.68，设防地震加速度最大值300cm/s2，采用钢筋混凝土框架结构体系，通过采用隔震技术，在基础顶面与建筑首层地面之间，设置高度2.2m隔震层，降低地震作用，提高结构的抗震性能并有效减小框架构件截面尺寸。
本工程的隔震支座采用建筑摩擦摆隔震支座技术，这是该隔震技术在天津市范围内的首次应用。摩擦摆隔震支座（FPS）是一种通过球面摆动延长结构振动周期和滑动界面摩擦消耗地震能量实现隔震功能的支座，具有性能稳定、耐久性好、承载力大、大变形无损伤等性能优势。在摩擦摆隔震支座的作用下，当结构遭受相当于本地区基本烈度的设防地震时，可减少对主体结构的损坏，当遭受罕遇地震时，隔震支座可以实现自动复位，无需更换、修复。该技术的应用将极大提升校园建筑安全保障。
摩擦摆隔震支座示意图
摩擦摆隔震支座实物照片
摩擦摆支座现场照片
新建天津南开中学
中关村科技城学校
项目详解
项目建筑面积约10.2万㎡，包含教学办公楼、教学实验楼、食堂及风雨操场、宿舍楼、图书室、科技中心、礼堂等多个单体子项。
以风雨操场&食堂为例，该楼地上四层，一层地下室，结构高度21.2m，结构局部楼层开大洞，为大跨度结构，最大跨度为30.4m。抗震设防烈度8度（0.20g），设防地震αmax=0.45，设防地震加速度最大值200cm/s2，采用钢筋混凝土框架+预应力梁结构体系，由于建筑功能要求，导致结构存在楼层错层、竖向荷载分布不均匀、楼板不连续等不规则项，给隔震设计造成很大困难。
本工程采用”天然橡胶支座+铅芯橡胶支座”的支座方案，通过不同规格支座的合理布置，使隔震层的质心和刚心完美重合，有效的解决了以上不规则带来的不利影响。
天然橡胶支座示意图
铅芯橡胶支座示意图
隔震模型地震模拟示意
橡胶支座局部放大图
橡胶支座模型
橡胶支座计算模拟
橡胶支座现场照片
天津塘沽一中
项目详解
项目总建筑面积约14.5万㎡，包括教学楼、宿舍楼、风雨操场、食堂、综合楼等多个单体子项。
以宿舍楼为例，该楼地上十五层，一层地下室。抗震设防烈度8度（0.30g），设防地震αmax=0.68，设防地震加速度最大值300cm/s2，采用剪力墙结构体系，通过采用“天然橡胶支座+铅芯橡胶支座”隔震技术，在地下室顶板与建筑首层地面之间，设置高度2.2m隔震层，降低地震作用，提高结构的抗震性能并有效减小剪力墙构件截面尺寸。
因该宿舍楼结构总高度约58m，宽度约18m，高宽比高达到3.5，且所在场地土为Ⅳ类，属于高层建筑在高烈度软土地区的隔震建筑。通过计算，在罕遇地震作用下，部分支座的受拉超过规范限值。为此，设计通过在隔震支座相邻一侧设置抗拉装置，有效的解决了这一问题。
该项目建成后将成为天津市最高的隔震建筑。
抗拉装置分布图（粉色区域）
抗拉装置示意图
抗拉装置局部照片
抗拉装置现场照片
雄安新区启动区西南小学
项目详解
近年来，天津建院积极投身外埠市场，河北雄安新区开发建设作为国家“千年大计”，更是受到天津建院党委高度重视。天津建院设计二院以服务国家大事为己任，深度参与雄安新区的规划建设工作，设计中标的河北雄安新区启动区西南小学建筑面积约2.66万㎡，地上四层，结构高度22.6m。抗震设防烈度8度（0.30g），设防地震αmax=0.68，设防地震加速度最大值300cm/s2，采用钢筋混凝土框架结构体系。
该项目由于结构平面尺寸以及竖向刚度不规则，导致部分支座在罕遇地震下存在拉力，但是由于普通摩擦摆产品自身特性，不能承受拉力，为解决这一难题，在本项目存在拉力的位置采用了“整体式抗拉摩擦摆”支座，此摩擦摆支座在提供了较好的隔震效果的同时，也能够抵抗一定的拉力，很好地解决了降低地震作用和抗拉问题，顺利通过结构超限评审，同时也成为雄安新区首个采用摩擦摆隔震技术的项目。
整体式抗拉摩擦摆支座示意图
整体式抗拉摩擦摆支座现场照片
减隔震技术是近年来地震工程领域的重大创新成果，是城乡建筑大幅提高地震安全性、防止地震破坏的有效途径，也是目前避免大地震灾难的技术选择。天津建院作为天津市设计行业的龙头企业，更是积极将此技术应用在工程项目中。
作为天津建院的中坚力量，天津建院设计二院先后参与设计完成了近十项减隔震项目，涉及建筑面积高达七十万平，项目涵盖不同的使用功能、结构体系等。针对各种场地条件和设防烈度，设计选用了合理的支座方案，创造了良好的社会效益与经济价值，真正构建起地震下的“安全岛”。
来源：天津市建筑设计研究院有限公司