庾光忠 陳國(guó)平 周函宇

（株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司）

雙層隔震組合裝置在某高層框剪結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用分析

庾光忠 陳國(guó)平 周函宇

（株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司）

某高層框剪結(jié)構(gòu)隔震裝置采用普通橡膠支座和滑移支座組合裝置形式，分別在電梯井基礎(chǔ)頂部和地下一層柱頂設(shè)置隔震層，分析結(jié)果表明，本隔震結(jié)構(gòu)隔震效果良好，地震設(shè)防烈度可降低一度，且采用組合隔震裝置形式減少隔震裝置費(fèi)用。

高層框剪結(jié)構(gòu)；組合裝置；隔震層；設(shè)防烈度

1 引言

隔震結(jié)構(gòu)是指在結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)之間增設(shè)隔震層，可以延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期，增加結(jié)構(gòu)的整體阻尼，利用隔震裝置大量消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)能量，從而達(dá)到保護(hù)上部主體結(jié)構(gòu)的防震要求。與傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)自身主體構(gòu)件的“硬抗”不同，隔震結(jié)構(gòu)通過(guò)“軟抗”的形式，通過(guò)隔震層的變形阻斷和吸收地震動(dòng)輸入能量，提高結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010》規(guī)定，在滿足相關(guān)條件的情況下，有效的隔震結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)可以降低地震設(shè)防烈度進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，從而在提高抗震性能和增加建筑使用空間的同時(shí)降低建筑物的整體造價(jià)。

目前，我國(guó)已經(jīng)建成或在建隔震建筑已達(dá)幾千棟之多，隔震技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛并趨于成熟，但大多數(shù)隔震建筑都單一采用普通橡膠支座作為隔震裝置，采用組合隔震裝置的案例少。采用普通橡膠支座和滑移支座組合裝置形式，在保證結(jié)構(gòu)隔震效果的同時(shí)，滑移支座在同等條件下的造價(jià)相對(duì)較小，可節(jié)約隔震裝置成本。

2 結(jié)構(gòu)的基本信息

某高層框剪結(jié)構(gòu)為重點(diǎn)設(shè)防類建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50年，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本加速度為0.2g，地下一層和地上十七層，地下室層高6.60m，首層層高均為5.25m，2～3層層高均為4.5m，4～16層層高均為3.80m，頂層層高均為3.85m。地上建筑高度67.30m，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)71.20m，寬25.5m。

設(shè)計(jì)地震分組為第一組，基本風(fēng)壓0.4KN/m2，地面粗糙度類別為B類，風(fēng)荷載體型系數(shù)1.31。

圖1 某高層框剪結(jié)構(gòu)建筑立面圖

3 隔震層和隔震裝置的選擇

3.1 隔震裝置的選擇

隔震層柱子和剪力墻須進(jìn)行水平隔斷，因此剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)置轉(zhuǎn)換梁并在下部設(shè)置支墩柱，此處支墩柱部分軸向壓力很大，在普通橡膠支座高度須與其他部位隔震支座橡膠層支座變形相同的情況下，采用能夠在一定范圍內(nèi)只有滑動(dòng)的滑移支座可有效地解決這一問(wèn)題并降低支座的成本。

本結(jié)構(gòu)隔震層共設(shè)置兩層，分別地下室-1.5m處和電梯井下基礎(chǔ)頂部位。普通橡膠支座和滑移支座實(shí)物圖片分別見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 普通橡膠支座

圖3 建筑滑移支座

3.2 支座的選型和布置

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，本工程為乙類建筑，保證支座的平均壓應(yīng)力小于12MPa，而根據(jù)參考文獻(xiàn)6，滑板支座面壓限制為50MPa，故電梯井處隔震層采用滑板支座來(lái)替代原來(lái)直徑為1100～1400mm的普通橡膠支座，大大節(jié)省了支座的造價(jià)。支座選型和數(shù)量見(jiàn)表1和表2。

表1 某高層剪力墻結(jié)構(gòu)隔震支座參數(shù)

表2 橡膠隔震支座參數(shù)

隔震層橡膠支座的平面布置圖見(jiàn)圖4，布置方法采用一柱一隔震支座。

圖4 隔震層支座平面布置圖

4 結(jié)構(gòu)隔震效果分析

采用三維空間彈塑性有限元設(shè)計(jì)及分析軟件ETABS對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析。隔震結(jié)構(gòu)的三維空間模型如圖4所示。按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，采用時(shí)程分析法計(jì)算。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，選取適用于本結(jié)構(gòu)的5組實(shí)際強(qiáng)震記錄CC1218（CHI-CHI 09/20/99）、CC2962（CHI-CHI 09/20/99）、EL（ELCENTRO）、IV169（IMPERIALVALLEY10/15/79） 和 SF67（San Fernando_NO_67）（簡(jiǎn)寫(xiě)分別為 CC1218、CC2962、EL、IV169、SF67）和2組人工波（簡(jiǎn)寫(xiě)分別為RGB1、RGB2）進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析。

對(duì)抗震結(jié)構(gòu)與隔震結(jié)構(gòu)輸入地震波進(jìn)行時(shí)程動(dòng)力分析。將7條地震波作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)取平均值作為本結(jié)構(gòu)分析結(jié)果。

4.1 水平向減震系數(shù)計(jì)算

地震波按8度設(shè)防地震0.2g調(diào)整峰值（輸入加速度峰值為0.2g）。

設(shè)防烈度地震作用下，非隔震和隔震結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)X向、Y向?qū)娱g剪力和層間彎矩計(jì)算結(jié)果對(duì)比分別見(jiàn)圖5～圖8。由圖可知，建筑在采用隔震以后，層間剪力和層間彎矩明顯減少，表明隔震結(jié)構(gòu)具有良好的減震效果，其水平減震系數(shù)為0.48。

圖5 X向?qū)蛹袅Ρ容^

圖6 Y向?qū)蛹袅Ρ容^

圖7 X向的層間彎矩比較

圖8 Y向的層間彎矩比較

4.2 層間位移分析

8度罕遇地震作用下（輸入加速度峰值為0.4g），X向和Y向?qū)娱g位移角倒數(shù)分別見(jiàn)圖9和圖10所示，隔震上部結(jié)構(gòu)的最大位移角為1/341，小于隔震性能目標(biāo)彈塑性位移角限值1/200，保持彈性狀態(tài)。

4.3 隔震結(jié)構(gòu)抗傾覆驗(yàn)算

8度罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)回復(fù)力矩/地震力傾覆力矩≥1.2，由表3可知，比例最小值為2.67，符合最小規(guī)定值。

圖9 X向?qū)娱g位移角倒數(shù)

圖10 Y向?qū)娱g位移角倒數(shù)

4.4 隔震層最大水平位移校核

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）規(guī)定，隔震層最大水平位移應(yīng)小于支座有效直徑的0.55倍和支座內(nèi)部橡膠總厚度的3倍二者的較小值。由表4可知，8度罕遇地震作用下，隔震層最大位移為295mm，滿足支座最大容許位移的要求。

表3 隔震上部結(jié)構(gòu)抗傾覆驗(yàn)算