鄺鐘月

(中國輕工業(yè)成都設(shè)計(jì)工程有限公司，四川成都610015)

近幾年隨著地震活動(dòng)的頻繁增加，對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的抗震性要求也越來越高，尤其在高烈度地區(qū)，建筑物采用隔震、減震消能的技術(shù)也日趨頻繁?；A(chǔ)隔震是通過在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震層，使上部結(jié)構(gòu)與地震動(dòng)的水平成分絕緣。隔震層中設(shè)置隔震支座和阻尼器等隔震裝置，其中隔震支座能夠安定持續(xù)地支承建筑物重量、追隨建筑物的水平變形，并且具有適當(dāng)彈性恢復(fù)力，而阻尼器能夠用于吸收地震，輸入能量。因此遭受罕見大地震時(shí)，作用到上部結(jié)構(gòu)的水平力比非隔震建筑要小很多，很容易對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性設(shè)計(jì)。所以即使遭受罕遇大地震，隔震結(jié)構(gòu)也能維持上部結(jié)構(gòu)的功能，確保建筑物內(nèi)部財(cái)產(chǎn)不遭受損失，保障生命安全。

1 工程應(yīng)用實(shí)例

1.1 工程概況

本工程為川煙公司西昌分廠整體技術(shù)改造項(xiàng)目經(jīng)營業(yè)務(wù)用房。地下半層隔震檢修層，地上7層，建筑物高度(室外地面至主要屋面板的板頂)為27.150 m。設(shè)計(jì)標(biāo)高±0.000相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高(黃海高程)1 509.40 m。本工程位于四川省涼山州西昌市原西昌卷煙廠內(nèi)，建筑面積11 113.94 m2。建筑抗震設(shè)防類別為丙類(標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類)，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為9度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.40 g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組；場地類別為Ⅲ類；特征周期Tg=0.55 s，隔震層以上的上部結(jié)構(gòu)經(jīng)隔震調(diào)整后用于結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算的抗震烈度為8度，地震加速度0.20 g；建筑結(jié)構(gòu)的阻尼比取0.05；框架抗震等級(jí)為一級(jí)。

1.2 ETABS模型建立以及準(zhǔn)確性校核

本工程使用大型有限元軟件ETABS建立隔震與非隔震結(jié)構(gòu)模型，并進(jìn)行計(jì)算與分析。ETABS軟件具有方便較靈活的建模功能和強(qiáng)大的線型和非線性動(dòng)力分析功能，使用連接單元“Isolator1”準(zhǔn)確模擬橡膠隔震支座，本結(jié)構(gòu)模型依據(jù)PKPM建模得到。ETABS模型如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)有限元模型示意

表1 非隔震結(jié)構(gòu)質(zhì)量對(duì)比 t

由表1可知，兩軟件模型的質(zhì)量非常接近。

表2 非隔震結(jié)構(gòu)周期對(duì)比(前三階) s

由表2可知，兩軟件模型的前三階模態(tài)的自振周期也非常接近。

表3 非隔震結(jié)構(gòu)地震剪力對(duì)比 kN

由表3可知，除頂層外，兩軟件模型的各層剪力也較為接近。

由表1、表2和表3可知，ETABS模型與SATWE模型的結(jié)構(gòu)質(zhì)量、周期差異很小。各層間剪力除頂層外，差異也很小。綜上所述，用于本工程隔震分析計(jì)算的ETABS模型與PKPM模型是一致的。

1.3 隔震支座性能參數(shù)

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011、以下簡稱《抗規(guī)》)12.2.4條，對(duì)多遇地震分析，采用隔震支座剪切變形為100 %的等效水平剛度和等效粘滯阻尼比；對(duì)罕遇地震驗(yàn)算，直徑小于600 mm的隔震支座采用隔震支座剪切變形250 %時(shí)的等效水平動(dòng)剛度和等效粘滯阻尼比，直徑不小于600 mm的隔震支座采用隔震支座剪切變形為100 %時(shí)的等效水平動(dòng)剛度和等效粘滯阻尼比。支座參數(shù)性能見表4。本結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，隔震支座的豎向承載力按照15 MPa計(jì)算得到。

表4 隔震支座力學(xué)性能參數(shù)

1.4 隔震支座布置

參照《疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程》和《抗規(guī)》等資料，確定出每個(gè)支座的直徑。隔震支座中心應(yīng)盡量與上支墩(柱)截面中心重合；隔震支座頂、底面標(biāo)高的確定原則：不同規(guī)格的隔震支座其底面都設(shè)計(jì)在同一標(biāo)高上，或者頂面都設(shè)計(jì)在同一標(biāo)高。隔震支座布置在梁底。

該工程擬在地下半層設(shè)置隔震支座，本工程共使用LRB600(有鉛芯600直徑)、LRB500(有鉛芯500直徑)和LNR500(無鉛芯500直徑)的數(shù)量分別為35、50和24個(gè)。

1.5 隔震分析計(jì)算結(jié)果

1.5.1 多遇地震

根據(jù)計(jì)算結(jié)果和《抗規(guī)》第12.2.5條，確定減震系數(shù)可以取為0.38。根據(jù)層間位移角的分析結(jié)果可知，在多遇地震作用下，層間彈性位移角限值可按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《抗規(guī)》的規(guī)定執(zhí)行，鋼筋混凝土框架彈性層間位移角限值1/550=0.001 8，鋼結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限值1/300=0.003 3。滿足規(guī)范要求。

1.5.2 罕遇地震

在罕遇地震作用下，上部結(jié)構(gòu)的層間彈塑性位移角限值可按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《抗規(guī)》規(guī)定值的1/2采用，鋼筋混凝土框架、鋼結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角限值1/2×1/50=0.01。滿足規(guī)范要求。

在罕遇地震作用下，隔震層的水平向最大平均位移為259 mm<275 mm，即最小直徑(500 mm)支座的最大允許變形。最小支座直徑選取滿足結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的水平變形要求，滿足規(guī)范要求。

隔震層橡膠支座在罕遇地震作用下，一層以下隔震支座未出現(xiàn)拉應(yīng)力，樓頂支座出現(xiàn)很小的拉力，滿足隔震支座不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力，若出現(xiàn)拉應(yīng)力應(yīng)小于1.2 MPa的規(guī)范要求。

1.6 抗風(fēng)驗(yàn)算

風(fēng)荷載作用下隔震層的水平剪力標(biāo)準(zhǔn)值：

Vwk=1 390 kN

抗風(fēng)裝置的水平承載力設(shè)計(jì)值：

VRw=VRw=50×44+35×64=4 440 kN

1.4Vwk≤VRw

滿足規(guī)范要求。

2 結(jié)論及建議

(1)小震(多遇地震)下，根據(jù)隔震和非隔震結(jié)構(gòu)的層剪力比，水平向減震系數(shù)取0.38，綜合考慮，上部結(jié)構(gòu)水平地震作用可以按照抗震設(shè)防烈度8度(0.2g)進(jìn)行計(jì)算。由于所使用的橡膠隔震支座僅對(duì)水平地震作用有效，豎向地震作用應(yīng)滿足《抗規(guī)》的相關(guān)規(guī)定。

(2)罕遇地震下，隔震支座最大水平位移(四條時(shí)程平均值)為266 mm，因此，要求各種類型支座的設(shè)計(jì)位移大于275。

(3)隔震層以下結(jié)構(gòu)(包括地下室)的地震作用和抗震驗(yàn)算，應(yīng)采用罕遇地震下隔震支座底部的豎向力、水平力、力矩和支座最大位移進(jìn)行計(jì)算。

(4)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注意細(xì)部構(gòu)造處理，必須保證地震作用下，整棟建筑可以順暢移動(dòng)，以確保隔震性能的發(fā)揮。

(5)上部結(jié)構(gòu)的首層樓面宜采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，樓板厚度不宜小于140 mm。當(dāng)采用裝配整體式鋼筋混凝土樓板時(shí)，現(xiàn)澆面層厚度不直小于50 mm，且應(yīng)雙向配筋，鋼筋直徑不宜小于6 mm，間距不宜大于250 mm。隔震支座上部的縱橫梁應(yīng)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。首層樓面梁板體系的剛度和承載力宜大于一般樓面的鋼度和承載力。

(6)隔震層上部的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)應(yīng)符合《抗規(guī)》中的隔震后現(xiàn)澆鋼筋混凝圖結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)的要求。

(7)為了使隔震支座完全發(fā)揮效用，需保證上部結(jié)構(gòu)能夠無障礙的發(fā)生35 cm的平動(dòng)。因此，施工中主要注意事項(xiàng)：不應(yīng)阻礙隔震層自由平動(dòng)，要留出35 cm的隔震縫;連接上下部結(jié)構(gòu)的各種管道在穿過隔震層時(shí)需要采用柔性連接;建筑物外圍四周35 cm范圍內(nèi)不應(yīng)有任何高度超過隔震層的物體，以保證地震時(shí)隔震層的水平位移不受限制。隔震支座頂面標(biāo)高位于地平面以下，則需要挖掘隔震溝，

(8)溝寬不小于35 cm，并做好排水。

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