采用基础隔震技术，改变调整结构的整体动力特性，使结构在地震作用的动力反应（加速度、速度、位移）中，得到预期的合理控制，以保证结构自身、设备处于安全可控并能继续使用状态，是工程结构减震控制的目标。研究和实践证明，基础隔震技术的应用，有效地解决了结构的地震反应，提高了结构的安全性。加固施工中如用户需要，二层以上建筑还可不中断使用，也不破坏建筑装修，从经济上核算，费用较低，施工周期相对较短，是社会效益、经济效益明显的一项建筑减震控制技术。隔震加固技术只要在需加固的既有建筑物下部置入隔震装置，从而达到隔震、耗散、吸收输入上部结构的地震能量，降低地震反应的效果。通常上部结构的地震作用反应，只有隔震加固前的1/4~1/12，从而确保了建筑物的后续使用安全，达到建筑抗震标准，由此可以得出隔震技术在既有建筑改造加固领域有着十分广阔的应用前景和推广价值。可目前这项技术在既有建筑改造加固中使用还很少，是什么原因制约了它的应用呢？关键是隔震支座的安置和托换技术还没有很好解决，给设计、施工增加了难度和不安全性。针对这一情况，我们结合工程实践总结，对既有砖混结构试验研究了采用预制销梁、槽型封盖板等隔震层设置及托换技术，较好地解决了隔震支座的安装托换关键技术，使设计施工达到安全、可靠、方便、快捷的目的。下面结合一工程案例，介绍本方法。
二、案例情况
本工程为北京某高校办公楼抗震加固工程，原有建筑为1956年设计建造的4层砖混结构，于1998年经过抗震加固，总建筑面积6563 m2，8度抗震设防，II类场地，采用横墙承重体系，1～3层层高3.6m，4层层高3.5m，钢筋混凝土现浇楼板，木屋盖；现场检测砌筑砂浆强度等级1层为M5.0，2层为M2.5，3～4层小于M2.5，底层平面简图如图1所示。
图 1 办公楼底平面图
本建筑经抗震鉴定不满足抗震要求，基本情况见表1
| 表1 原房屋结构构造尺寸鉴定 | |||
| 鉴定项目 | 鉴定标准规定值 | 实际值 | 鉴定意见 |
| 房屋总高度（m） | 15 | 14.9 | 符合 |
| 房屋总层数 | 5 | 4 | 符合 |
| 层高（m） | 4 | 3.6 | 符合 |
| 房屋高宽比 | 2.2 | 0.96 | 符合 |
| 刚性体系抗震墙最大间距（m） | 11 | 12 | 不符合 |
| 承重门窗间墙最小宽度（m） | 1.2 | 0.43 | 不符合 |
| 外墙尽端至门窗洞边距离（m） | 1.2 | 1.34 | 符合 |
| 砌筑砂浆强度 | M 1 | 4层小于M1 | 不符合 |
| 屋盖、每层楼盖的圈梁 |
均应有，间距不大于7m，见规范GB50011-2010 表7.3.1 拉结筋2Ø6，间距≦500mm 4Ø12，箍筋间距200mm |
均设有 | 符合 |
| 构造柱布置 | 未设置 | 不符合 | |
| 楼梯间墙体拉结情况 | 未设置 | 不符合 | |
| 圈梁的纵向配筋量 | 不详 | 不符合 | |
三、隔震加固设计简况
按照《抗规》的要求，叠层橡胶垫支座应设置在砌体房屋上部结构与基础之间受力较大的位置，如纵横向承重墙交接处等；其规格、数量和分布，应按照竖向承载力、侧向风力和阻尼的要求通过计算确定；支座面压力最大不超过15Mpa，且不宜出现拉应力；支座的最大水平变形宜不超过支座橡胶总厚度的2.5倍或支座直径的50%。隔震层的刚度中心与上部结构的质量中心宜相互重合，以减小扭转效应；在罕遇地震下隔震层应保持稳定，不宜出现不可恢复的变形，经计算分析隔震支座的选择及参数见表2。
|
表2选用的橡胶支座参数 |
||||||||
| 型号 | 个 数 | 水平有效刚度KN/mm | 水平初始刚度KN/mm | 屈服强度 KN | 屈服后刚度 | 竖向刚度KN/mm | 阻尼比 | 承载力 KN |
| ① GZP400 | 135 | 0.7 | — | — | 1100 | 0.05 | 1880 | |
| ② GZY400 | 36 | 1.5 | 6.81 | 24.3 | 2.43 | 1400 | 0.15 | 1880 |
图2 结构计算简图
图3 隔震支座布置图
隔震计算分析结果见表3
| 表3 楼层剪力 | ||||
| 层号 | 层高（m） | 原结构层间剪力（KN) | 加固后层间剪力（KN) | 楼层剪力比 |
| 4 | 3.6 | 2251 | 499 | 0.222 |
| 3 | 3.6 | 4813 | 1228 | 0.255 |
| 2 | 3.6 | 7108 | 1948 | 0.274 |
| 1 隔震层 |
3.5 1.70 |
8854 — |
2845 2850 |
0.321 — |
本案例采用了砖混结构隔震分析的简化分析方法。也可采用CS1公司的Etabs8.5.4结构分析软件，采用振型分解反应谱法，进行详细的对比分析，此处不再详述。
四、砖混结构墙体隔震构件的安装托换设计
多层砖混结构墙体隔震支座的装入及托换，难度很大，特别是砖混结构为脆性材料组成，托换施工中易引起上部结构的变形及开裂破坏。本文采用的方法成功地保证了隔震支座安装和托换实施，是一项实用、可靠的综合技术。
<一>隔震层的组成及设计方法
砖混结构隔震层一般由以下十个部分组成。<如详图一>
1 地圈梁。地圈梁为原砖混结构基础地梁。截面厚度一般同墙宽，通常高多为240mm，配筋为4Ø12，基础隔震层一般做在地圈梁下边，紧贴地圈梁下皮开销键洞口，充分利用地圈梁竖向承载力大于墙砌体的特点，使销键梁设置不致太密。有的八十年代前建造的砖混结构没有地圈梁可利用，则应采用我们研究的圆形钻孔钢管混凝土预制销梁托换法（方法另详）。
2 上预制销梁。当有地圈梁时上销梁一般设置间距为1～0.7m，构件截面长×宽为500×250或360×250，长度为墙厚加120，（分别用于结构外墙或内墙）。本梁要求施工前预制，最好由构件厂生产，一般混凝土强度为C30，配筋依据承担的墙体竖向力大小计算确定，常用414或416，要求钢筋伸出墙端每边200mm，好与肩梁筋相连。要求销梁安装每边凸出墙面60mm，定位整平，用混凝土灌浆料灌实。可采用边开洞，边安装，边灌实的连续施工方法。
3 上肩梁（夹板梁）。上肩梁是上部结构的承托梁，墙体通过上销键将竖向荷载传给上肩梁，再向下通过上封板传递给隔震支座。一般上肩梁为包函住上销键，连续设置的夹板梁。通常在上销键安放完成后，再支模挷筋灌注上肩梁，上肩梁相当于框支结构的框支梁，设计中可按框支梁结构构造要求，依据计算配筋。一般单侧上肩梁断面尺寸不小于250×500mm，混凝土强度C30。上肩梁施工中应预埋连接上封板及底板的预埋钢板。
4 上封板。上封板是连接隔震支座及上肩梁的支承板。为提高其抵抗侧向力的能力，经研究设计成槽形平面，底板厚一般为300毫米，保证隔震支座的螺栓套筒安装锚固。槽板的侧向厚度为150～200mm，能抵抗罕遇地震时的水平荷载作用。上封板一般根据隔震支座的竖向承载力和罕遇时的水平剪力作用，进行配筋计算。槽形板的槽深一般为200mm，保证槽板与肩梁的连接，还应按图纸预埋钢板，进行焊接连接，以抵抗纵向剪力和可能出现的拉应力。焊缝尺寸可通过设计计算确定。槽形封板设置可省去影响施工模板支模的拉接钢筋，保证肩梁连续施工，加快和提高了施工进度及工程质量。
5 隔震支座。隔震支座是依据设计计算选择的特定参数、尺寸的橡胶钢板叠层支座或橡胶钢板铅芯支座。要求支座安装平整，尺寸误差符合要求，橡胶支座出厂应按国家规定进行检测。先将隔震支座安装在下封板上，再与上封板螺栓套筒一起整体灌注联接，保证无缝隙连接安装。并采取相应措施保证施工中不发生位置偏移及跑模事故。
6 下封板。下封板构造基本同上封板。隔震支座落在下封板上，荷载通过隔震支座传给下封板再传到下肩梁，通过下肩梁传给基础。下封板内锚固，隔震支座下螺纹套筒及预埋下封板与下肩梁的连接钢板。
7 下预制销梁。下预制销梁构造同上预制销梁。但上部荷载可以直接通过肩梁传递给基础，所以一般下销梁的作用只是拉接内、外两片肩梁，只传递下封板传来的荷载，所以设置间距可以加大。通常只在下封板下面设置。
8 下肩梁（夹板梁）。下肩梁承担上部结构通过隔震支座传来的全部竖向荷载及水平剪力，可以按基础梁进行设计及处理或与基础一起进行加固计算，按弹性地基梁设计。
9 基础加固。结构设置隔震层后，砖混结构基础受力发生了改变，原多为墙下条形基础，基础荷载为墙传来的连续竖向荷载，现变为由隔震支座传来的集中荷载，一般应结合隔震支座的设置情况改变及加固基础。如做成带基础梁的条形基础。基础设计荷载应包括上部结构通过隔震支座传来的竖向荷载，罕遇地震时水平地震剪力及由最大水平位移引起的附加弯矩三部分。
10 底板。为增加上部结构的整体刚度，保证上部结构只产生整体平移变位，在隔震层上部要构筑刚度较大的钢筋混凝土底板。要求底板把上部结构整体封闭。板厚不小于160mm，梁也应有足够的刚度。一般底板做在上肩梁顶部，支撑在上肩梁上。设计中应注意相互联连，不应影响施工速度及模板设置。通常可设计为铰接，待隔震支座安装完后，再构筑底板。底板上应预留施工保障空间及支座维修更换留孔。
<二> 无地梁砖混结构销梁设置方法
对于70年代建造的无抗震设防的砖混结构，一般没有地圈梁。因年代久远，砖及砂浆强度通常较低，为保证传递上部结构荷载，又不破坏砖墙，设计销梁间距很小，多为500～700mm.为应对这一情况，我们研制了圆形钢管混凝土预制销梁（详见图二无地圈梁砖混结构隔震垫设置图）。
〈详图一〉
该方法有以下特点：
1 采用圆型预制销梁一般直径为200mm.用钻孔方法成孔，（如选用0B-255A金钢石水钻钻孔机，称欧宝万向式钻孔机，钻孔直径15～255mm，输入功率4250W，空转速度580r/min），成孔速度快，对墙体破坏很小，保证了施工进度和质量。
2 安装预制钢管混凝土销梁，孔与梁间隙为5mm，采用环氧树脂结构胶灌缝安装，施工安装速度快，能保证边钻孔，边安装，实现了连续不间断施工，从而加快了施工速度。
3 采用圆形销梁对应圆形钻孔Ø200mm直径销梁的承压面积较矩形250mm宽梁增加了3倍，因而提高了销梁的承压能力，解决了因砖、砂浆强度低不满足承压要求的难题。
采用圆形预制钢管混凝土销梁，钻机成孔技术，成功地解决了无地圈梁砖混结构隔震支座的安装托换设置技术。也可根据实际情况使用在隔震层设在非地圈梁的砖混结构部位，保证了隔震支座安装托换的安全性和快捷性。
五、隔震层的施工技术
隔震层包括基础的加固施工；隔震支座的托换及安放；隔震底板的施工三个部分。关键技术是隔震支座的托换安放施工。下面依据我们对隔震加固工程实践的总结及研究，提出如下施工参考步骤：
1 根据托换隔震支座的设计图纸，统计预制钢筋混凝土销梁的规格、数量进行预制生产（亦可委托给预制构件厂）。
2 依据图纸进行基础开挖及加固施工。
3 销梁开洞，可依据图纸采用钻孔及风镐开洞法，开洞与销梁安装交替进行，直到施工安装好全部销梁。可上、下销梁协同施工。
4 待销梁施工完成后，再施工上、下肩梁。应注意上、下肩梁与销梁的连接。一般先施工下肩梁，再上肩梁，或交互协调施工均可。施工中应预埋连接上、下封板的钢板。
5 上、下肩梁施工完成，混凝土强度达到设计强度的70%以上，可进行隔震支座部位墙上开洞施工。洞口高度由上肩梁底面至下肩梁顶面，洞口宽可为上、下封板宽加上施工余量，应遵守在满足施工要求前提下开洞尽量的小的原则。
6 施工下封板。下封板为套在肩梁上的槽形板。为保证与肩梁的紧密连接，可采用微膨胀混凝土施工。下封板上安装隔震支座，固定隔震支座下连接钢板及按要求固定螺栓套筒，保证水平及竖直定位符合要求，下封板内按图预埋连接钢板，待拆模后与下肩梁预埋钢板进行焊接连接。
7 隔震支座按要求就位后，按规定扭紧下固定板螺栓，再施工上封板。隔震支座上固定连接套筒及连接螺栓应全部校准，安装好后，再浇注上封板混凝土，上封板与上肩梁也应连接牢固，用微膨胀混凝土浇注，拆模后进行连接钢板焊接。上封板与隔震支座应实现无缝隙连接，以保证传力和竖向变形符合要求。
8 待全部混凝土达到设计强度的70%后，可拆除上、下肩梁间的墙体，一般上、下梁之间的缝隙不小于200mm，以保证地震时隔震支座的水平变位。
9 上部结构底板施工。上部结构底板一般厚度不小于160mm，中间的支撑梁也应有足够的刚度。施工中应预留人孔，并构筑好隔震支座检查、维修通道。
10 结构施工中的变形及位移监控系统
为保证施工及工程使用安全，必须严格的控制结构的变形及位移。选用可行的手段，可靠的仪器，规范的方法监控、记录施工的全过程，特别是受力转换时，结构位移，变形的微细变化观测记录。采取可行的有效的应对措施，保证施工中结构的绝对安全。
六、既有建筑改造安装施工质量控制
既有建筑和加固采用隔震支座技术，还是隔震技术应用的新领域，还没有制定出标准的施工方法和质量控制措施，通过我们的工程实践必须做好以下几点：
<1> 在施工的全过程，应有完善的保护性措施，防止损坏隔震支座。安装前要认真检查隔震支座的质量，合格后再安装。
<2> 支座上、下封板预埋的隔震垫钢板，表面平整度应严格控制，必须满足设计及规范的要求。要求上下支座形心与结构封板形心重合。
<3> 要求隔震支座安装水平误差应小于5‰，安装承载后平整度误差应小于8‰，水平标高误差不大于3mm，个别最大误差也要低于5mm，全楼各支座标高相差不大于5mm。
<4> 上、下部结构之间联系切断及荷载传递转换时应进行结构变形、位移、测量记录。方法可靠，使用仪器应校准，发生误差异常要做好详尽的预案及应对处置措施。
<5> 上部结构、隔震支座之间与建筑物本身及周围固定物要脱开，大小距离应满足设计要求。
七、结束语
本文结合工程实践及国内外隔震技术在既有建筑中的应用实例，通过研究总结，提出了基础隔震技术加固砖混结构隔震支座安装及托换方法，具有实用性，可靠性，可参照性，保证了隔震支座的安装及托换具有安全性、施工的快速性和该技术的先进性。成为引领该领域的一项新技术。随着推广应用必将推动隔震技术在既有建筑抗震加固中的应用及深入发展。
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