甘昱

摘要：建筑物的抗震減震功能直接關(guān)系到建筑物抗擊地震的能力和保護人們財產(chǎn)和生命健康的能力。本文結(jié)合工程實際，對其建筑隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計的探析。

關(guān)鍵詞：高層住宅；結(jié)構(gòu)設(shè)計；隔震

1 工程概況

該工程總建筑面積52275.86m2，其中地上建筑面積38756.85m2，地下建筑面積13519.0 m2，本工程為住宅小區(qū)，十四棟住宅合理地布局在地下一層建筑之上；本工程地下室層高4.2m，地面以上6～8層（屋頂帶夾層），標準層層高均為3.0m，地面以上總建筑高度21～27m。根據(jù)當時實施的建筑抗震設(shè)計規(guī)范和相關(guān)資料，本工程抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為8度（0.2g），多遇地震影響系數(shù)αmax=0.16；場地類別為Ⅲ類，場地土類型為中軟場地土，設(shè)計地震分組為第二組，場地特征周期Tg =0.55s建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級。本文以其中1#棟為例進行說明，1#樓結(jié)構(gòu)標準層及隔震支座布置如圖1所示。

2 隔震設(shè)計

本工程位于地震高烈度區(qū)，并且建筑平面呈不規(guī)則布置，結(jié)構(gòu)選型按照傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法和建筑功能的使用要求而采用剪力墻結(jié)構(gòu)，不僅結(jié)構(gòu)剛心和質(zhì)心相距較遠，且結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的截面尺寸將會很大，墻長和墻厚都需要加大，構(gòu)件配筋率很高。這樣，不僅帶來工程造價大幅度提高，建筑使用功能受到限制，而且在可能發(fā)生的大震時，主結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈塑性變形耗能，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞嚴重。同時，由于建筑平面布置及使用要求限制了消能支撐布置數(shù)量及位置，而且外墻不合適布置消能支撐，若采用減震技術(shù)，其減震效果將十分不理想。

同時，由于本工程高寬比小于2，上部剪力墻結(jié)構(gòu)剛度較大，考慮到大底盤地下室、建筑平面布置及功能使用要求，以上這些因素為該項目采用隔震技術(shù)提供了有利的條件。采用隔震技術(shù)后，上部結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)預(yù)期將達到0.45左右，即上部結(jié)構(gòu)至少可按降低1度地震烈度設(shè)計，這樣在大幅度提高結(jié)構(gòu)抗震安全性的同時，還可獲得較好的經(jīng)濟效益。綜合多方面的因素，決定在本工程中采用隔震技術(shù)進行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計。鋼筋混凝土現(xiàn)澆梁板全埋式地下室（地庫），設(shè)計時作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，上部剪力墻現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)落至地下室基礎(chǔ)，隔震層設(shè)置在地下室頂板處，即隔震層位于上部結(jié)構(gòu)和地下室頂板結(jié)構(gòu)之間。

2.1 隔震結(jié)構(gòu)計算模型及隔震支座布置

隔 震 設(shè) 計 主 要 依 據(jù) 當 時 實 施 的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011—2001）和《疊層橡膠墊隔震技術(shù)規(guī)程》（GECS126：2001）中的有關(guān)規(guī)定，采用時程分析法進行隔震分析。時程分析采用層間剪切模型，上部結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力特性采用線彈性模型，隔震層的恢復(fù)力特性按修正的雙線性模型來模擬（表1）。

隔震支座初步布置（圖1），其中橡膠支座共41個，鉛芯支座共18個。隔震支座的規(guī)格及設(shè)計參數(shù)如下（表2～3）。根據(jù)隔震支座的布置情況，按規(guī)范要求得到隔震后的隔震層等效水平剛度以及等效阻尼，如表4所示。

2.2 地震波選取

根據(jù)當時實施的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011—2001）中地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗算中的規(guī)定，采用時程分析法進行計算時，應(yīng)按建筑場地類別和設(shè)計地震分組選用不少于兩組的實際強震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線，其平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符。分析中選用El-Centro波（南北向）和TAFT波兩種自然波，人工波地震動參數(shù)依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范》及《地震安全性評價報告》取值。將EL波和TAFT波（加速度峰值取為：多遇70.0cm/s2，罕遇400.0cm/ s2）進行調(diào)幅，與人工波的加速度反應(yīng)譜及規(guī)范加速度反應(yīng)譜比較（圖2），結(jié)果說明地震波初步選取是比較合適的。

2.3 計算結(jié)果分析

Etabs軟件具有強大的建模分析功能，可以很好地模擬橡膠支座及結(jié)構(gòu)構(gòu)件，具有較強的結(jié)構(gòu)隔震時程分析功能。主體結(jié)構(gòu)計算分析時，梁、柱構(gòu)件采用空間梁柱單元，混凝土樓板采用可同時考慮平面內(nèi)、平面外剛度的空間板單元，剪力墻采用專門的墻體單元。

合理布置隔震支座，可有效改變結(jié)構(gòu)振動性能，本建筑在隔震前、后三個振型周期如表5。無論隔震前、后，結(jié)構(gòu)的兩個方向周期僅相差5%左右，滿足《疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程》4.1.3條“隔震房屋兩個方向的基本周期相差不宜超過較小值30%”的規(guī)定。隔震前結(jié)構(gòu)的基本周期為0.7915s<1s，風荷載產(chǎn)生的總水平力427.2kN，小于結(jié)構(gòu)總重力的10%，且結(jié)構(gòu)體型基本規(guī)則，因此，該建筑可采用隔震技術(shù)。

根據(jù)結(jié)構(gòu)多遇地震下隔震（Etabs）和非隔震（Etabs）情況下，得到結(jié)構(gòu)在各條地震波作用下的層間剪力及層間剪力比及非隔震（Satwe）情況下的層間剪力。由最大層間剪力比0.234，接近于0.26，根據(jù)抗震規(guī)范（2010）12.2.5，得到結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)為0.38，說明前面可降低1度地震烈度的方案是可行的。且每條地震波時程分析計算所得的結(jié)構(gòu)層間剪力均不小于按反應(yīng)譜法計算結(jié)果的65%，每條地震波時程分析計算所得的結(jié)構(gòu)層間剪力平均值不小于按反應(yīng)譜法計算結(jié)果的80%，說明本工程所選擇的地震波是合適的，計算結(jié)果是可信的。

在兩個主軸方向，隔震層以上結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與隔震層剛度中心如表6所示；在罕遇地震情況下，考慮雙向地震作用的扭轉(zhuǎn)后，計算得隔震支座的最大水平位移如表7所示，表8列出了房屋各個角點的位移。由表格數(shù)據(jù)可以看出，各支座均滿足位移限制要求，說明隔震支座布置和上部結(jié)構(gòu)設(shè)計比較合理。

同時為了檢驗隔震支座在罕遇地震作用下是否存在軸向拉力，本工程還對隔震層中最邊緣位置的支座進行了拉力校核，隔震支座在幾條地震波作用下產(chǎn)生的最大軸向拉力值，均小于其重力荷載代表值所引起的軸向壓力值，因此，隔震支座在罕遇地震作用下均處于受壓的狀態(tài)，不會產(chǎn)生拉力；在風荷載或罕遇地震情況下，根據(jù)隔震層的水平剛度和各支座水平剛度，確定的各支座的剪力均小于橡膠支座的抗剪承載力要求。

3 結(jié)語

①Etabs具有強大的建模分析功能，可以較好地對結(jié)構(gòu)進行隔震動力時程分析，結(jié)果表明該工程上部結(jié)構(gòu)可按降低1度要求（7度0.15g）進行抗震設(shè)計。

②隔震詳細分析結(jié)果表明，在本工程中采用隔震技術(shù)，能使結(jié)構(gòu)在大震作用下仍處于彈性工作狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的抗震性能；地震作用減小，不僅可以減小構(gòu)件截面、減少配筋，降低造價（隔震層雖會增加一部分造價），而且更容易滿足建筑布局要求，增加居住舒適度與安全度等優(yōu)點。