許楚平（江蘇省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇南京210019）

江蘇銀行宿遷分行結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)
Structural Seismic Isolation Design of Suqian Branch,Bank of Jiangsu

許楚平
（江蘇省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇南京210019）

該文詳細(xì)分析了江蘇銀行宿遷分行結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)的全過程。首先進(jìn)行了結(jié)構(gòu)隔震必要性的分析，其次采用ETABS程序?qū)Ω粽鸾Y(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震作用下時(shí)程分析，對(duì)結(jié)構(gòu)整體抗震性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。最后作出罕遇地震作用下的性能評(píng)估。分析結(jié)果表明：隔震結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，罕遇地震作用下抗震性能表現(xiàn)良好。

隔震；多遇地震；性能評(píng)估

1　工程簡介

圖1　江蘇銀行宿遷分行實(shí)景圖

江蘇銀行宿遷分行位于江蘇省宿遷市，總建筑面積約為15600m2，其中地上建筑面積為13200萬m2，地下建筑面積為2400 m2。主體建筑為地上一棟主樓、裙房及一層地下車庫（局部為人防，層高為4.7m）組成，地上主樓與裙房間不設(shè)縫連為一體。主體建筑地上16層及地下1層，其中地上1、2、16層層高5.0m，4層層高4.2m及3、5-15層高3.5m，主體建筑總高度61.2m；主要功能為營業(yè)、辦公及業(yè)務(wù)用房等，詳見圖1。

該工程主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010（以下簡稱“抗規(guī)”），宿遷市抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.30g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，水平地震影響系數(shù)αmax取值：小震0.24，中震0.68，大震1.20。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010第3.3.1規(guī)定，該工程主樓房屋高度61.2m不超過框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的A級(jí)最大高度（80m），屬一般高層建筑工程，其抗震設(shè)防類別為丙類，建筑場地類別為Ⅲ類。工程2層平面及標(biāo)準(zhǔn)層平面分別詳見圖2、圖3。

圖二　層平面圖

圖3　標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

初步設(shè)計(jì)分析顯示，由于宿遷市為地震高烈度區(qū)，地震作用較大，按建筑使用功能布置剪力墻，層間位移不能滿足規(guī)范要求，且大部分構(gòu)件超筋。傳統(tǒng)的利用框架和剪力墻的承載力及延性來抵抗地震作用的設(shè)計(jì)方法，已不能滿足現(xiàn)有規(guī)范要求。該工程采用了在上部結(jié)構(gòu)與地下室之間設(shè)置由橡膠隔震支座及阻尼器組成的隔震層，隔斷地面?zhèn)鱽淼牡卣鹱饔?，使之不易傳入主體結(jié)構(gòu)；作用于上部結(jié)構(gòu)的地震作用降低，相應(yīng)減小了結(jié)構(gòu)的層間地震剪力及層間位移角，可滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求，并可提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。江蘇銀行宿遷分行抗震設(shè)計(jì)概況等詳見文獻(xiàn)［1］。

2　隔震設(shè)計(jì)

2.1可行性及必要性的分析

根據(jù)初步設(shè)計(jì)分析計(jì)算，工程若按照傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)，因?qū)娱g位移較大，需要增設(shè)較多的抗震墻，才能滿足規(guī)范要求，這樣勢(shì)必影響了建筑的正常使用功能，而且大部分構(gòu)件超筋，抗震性能不佳。如采用隔震技術(shù)可以有效解決上述問題。隔震技術(shù)已在國際上得到廣泛應(yīng)用，如日本新建建筑幾乎都要采用隔震技術(shù)，不少國家對(duì)隔震技術(shù)進(jìn)行了深入地研究，并制定了相關(guān)的設(shè)計(jì)指南或設(shè)計(jì)規(guī)程［3-7］，我國2010版“抗規(guī)”也取消了2001版“抗規(guī)”要求采用隔震技術(shù)的結(jié)構(gòu)周期小于1S的規(guī)定［2］，為高層結(jié)構(gòu)采用隔震技術(shù)提供了更廣泛的空間。因此，根據(jù)國內(nèi)外隔震技術(shù)研究和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在該工程中采用隔震技術(shù)是可行的且必要的。

2.2建立計(jì)算模型

工程上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用SATWE軟件，隔震設(shè)計(jì)采用有限元軟件ETABS，利用ETABS軟件中的連接單元模擬隔震支座建立了該工程的隔震結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。

首先采用SATWE軟件與ETABS軟件對(duì)工程非隔震結(jié)構(gòu)模型（詳見圖4）進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果顯示，ETABS模型和SATWE模型質(zhì)量誤差率最大為3.0%，前6階自振周期誤差率最大為4.5%，結(jié)構(gòu)層間剪力誤差率最大為3.9%。上述數(shù)據(jù)表明，ETABS軟件建立的計(jì)算模型可靠，可以采用該模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)隔震分析計(jì)算，為工程隔震設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

圖4　計(jì)算模型圖

2.3隔震支座的布置及性能參數(shù)

工程在上部結(jié)構(gòu)與地下室之間設(shè)置由橡膠隔震支座、阻尼器等部件組成的隔震層，主要目的是利用其整體復(fù)位功能，以延長整個(gè)結(jié)構(gòu)的自振周期，減少輸入上部結(jié)構(gòu)的水平地震力的作用，以達(dá)到預(yù)期抗震設(shè)防的要求［2］。工程采用隔震結(jié)構(gòu)后預(yù)期主要抗震性能如下：（1）上部結(jié)構(gòu)按宿遷市抗震設(shè)防烈度降低一度（7度、0.15g）設(shè)計(jì)；（2）大震時(shí)上部結(jié)構(gòu)層間位移角不大于1/100。

根據(jù)“抗規(guī)”要求及該工程預(yù)期抗震設(shè)防目標(biāo)布置隔震裝置（橡膠隔震支座、阻尼器），隔震裝置布置原則：（1）平面布置應(yīng)規(guī)則、對(duì)稱，盡量縮小質(zhì)心與剛心距離，減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；（2）各隔震支座下壓應(yīng)力均勻，且重力代表值作用下隔震橡膠支座的壓應(yīng)力不宜大于10MPa；（3）隔震裝置應(yīng)具有足夠的初始剛度確保結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載、較小地震或其他非地震水平荷載作用下的穩(wěn)定性，且隔震支座屈服后也能提供了一定的水平剛度，使結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下也能抵御地震作用，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

工程隔震裝置數(shù)量和分布經(jīng)多輪結(jié)構(gòu)時(shí)程分析及優(yōu)化，最終在隔震層布置了鉛芯橡膠支座（LRB）及無鉛芯橡膠支座（RB）共38個(gè)，粘滯阻尼器共7組。隔震支座布置平面詳見圖5，隔震支座參數(shù)詳見表1。與非隔震結(jié)構(gòu)相比，隔震層剛度大幅度降低，地震響應(yīng)將大幅度降低。

圖5　隔震支座布置平面

2.4隔震結(jié)構(gòu)時(shí)程分析

根據(jù)“抗規(guī)”的要求選用了8條地震波（6條天然波+2條人工波），并采用非線性時(shí)程分析方法分別對(duì)工程非隔震模型和隔震模型，在8度多遇地震（水平地震影響系數(shù)αmax為0.24）的作用下進(jìn)行計(jì)算分析。分析結(jié)果表明，工程采用的隔震結(jié)構(gòu)方案在8度多遇地震作用下，X及Y向的樓層層間位移角均不大于1/ 800，滿足“抗規(guī)”的要求，并對(duì)采用隔震結(jié)構(gòu)前后樓層剪力進(jìn)行對(duì)比，詳見表2。

對(duì)比結(jié)果顯示隔震效果明顯，其中X向樓層剪力最大比值為0.340，Y向樓層剪力最大比值為0.343，所以，水平減震系數(shù)為0.343＜0.4，根據(jù)“抗規(guī)”，工程隔震層以上結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)取為0.5是合理可靠的，隔震層以上結(jié)構(gòu)可按設(shè)防烈度7度（0.15g）進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了降低1度地震作用的設(shè)計(jì)目標(biāo)。同理，采用SATWE軟件對(duì)上部結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的響應(yīng)分析時(shí)，水平地震影響系數(shù)最大值取0.12，也是安全可靠的。

表1　隔震支座參數(shù)

3　隔震結(jié)構(gòu)罕遇地震彈塑性分析

按“抗規(guī)”第5.5.2要求，采用ETABS軟件對(duì)隔震結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的響應(yīng)進(jìn)行了彈塑性時(shí)程分析，結(jié)果表明在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)層間位移角最大值小于1/100，隔震結(jié)構(gòu)滿足預(yù)期抗震性能目標(biāo)。又分別對(duì)各隔震支座在罕遇地震作用下的短期最大及最小面壓進(jìn)行了校核，結(jié)果表明，各隔震支座的短期面壓均滿足規(guī)范及產(chǎn)品性能要求。

表2　隔震結(jié)構(gòu)和非隔震結(jié)構(gòu)地震樓層剪力對(duì)比表

4　隔震結(jié)構(gòu)支墩設(shè)計(jì)

按“抗規(guī)”第12.2.9要求，將罕遇地震作用下各隔震支座的最大軸力、剪力及附加彎矩（軸力與支座最大位移/2的乘積）作用于支墩及地下結(jié)構(gòu)之上，進(jìn)行支墩及地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。

5　隔震結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施

按“抗規(guī)”第12.2.1要求，該工程上部結(jié)構(gòu)與周邊固定物設(shè)置了豎向隔離縫，縫寬大于500mm，滿足了各隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移值的1.2倍；所有穿越隔震層的樓電梯均設(shè)置了完全貫通的水平隔離縫，縫高20mm；所有穿越隔震層的設(shè)備豎向管線均采用柔性連接等。

目前工程已竣工并投入使用，不僅抗震性能得到了很大的提高，而且取得了良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，深得業(yè)主滿意。

6　結(jié)論

（1）高烈度地震區(qū)采用隔震結(jié)構(gòu)，可較大程度地減小輸入上部結(jié)構(gòu)的水平地震作用，已達(dá)到預(yù)期防震的目標(biāo)。

（2）采用隔震結(jié)構(gòu)后，框架、剪力墻等構(gòu)件斷面尺寸及數(shù)量將減少，配筋量也大幅度降低。增加了建筑使用面積，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

（3）通過合理布置隔震裝置（隔震支座、阻尼器），上部結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)可達(dá)到0.5，可實(shí)現(xiàn)隔震層以上結(jié)構(gòu)按本地區(qū)設(shè)防烈度降低一度進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

［1］杜東升，王曙光，劉偉慶.江蘇銀行宿遷分行營業(yè)辦公樓基礎(chǔ)隔震分析報(bào)告［R］.南京工業(yè)大學(xué)工程抗震研究中心，2009.

［2］GB50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［3］鹿島都市防災(zāi)研究會(huì)（日）.制震·免震技術(shù)［M］.日本鹿島：鹿島出版會(huì)，1996.

［4］武田壽一（日）.建筑物隔震防振與控振［M］.紀(jì)曉惠，陳良，鄢寧，等，譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997：23-147.

［5］日本免震構(gòu)造協(xié)會(huì).圖解隔震結(jié)構(gòu)入門［M］.葉列平，譯.北京：科學(xué)出版社，1998.

［6］蘇鍵，溫留漢·黑沙，周福霖.高層隔震建筑性能分析［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2009，39（11）：45-47.

［7］日本建筑學(xué)會(huì).隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［M］.劉文廣，譯.北京：地震出版社，2006.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Thispaper analyzes in detail thewhole process of structural seism ic isolation design of Suqian Branch,Bank of Jiangsu.Thenecessity of structuralseismic isolation design is firstly analyzed,then ETABS program isadopted to perform the time-history analysison seismic isolated structure under the frequentearthquake level to evaluate the seism ic performanceof the entire structure.Finally the performanceof the structure under rare earthquake is evaluated.Theanalysis shows thatthe seismic isolated structurehasgood seismic performance even under rareearthquake.

seismic isolation;frequentearthquake;performance evaluation

TU37

A

1671-9107（2016）10-0023-04

10.3969/j.issn.1671-9107.2016.10.023

2016-07-14

許楚平（1964-），男，江蘇南京人，本科，高級(jí)工程師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。