王帥帥

(華北水利水電大學，河南 鄭州 450045)

0 前 言

“裂而不倒”被稱作是傳統(tǒng)的建筑抗震設防目標，在建筑抗震設計規(guī)范中將這一設防目標具體化為“小震不壞、中震可修、大震不倒”。為了達到這一目標，要求結構構件具有足夠的承載力和塑性變形能力。當建筑結構在遭遇中型或者小型地震時，則需要結構以塑性變形和構件損傷為代價來抵抗地震作用，這在吸收消耗地震的能量中是可行的；然而，當遭遇大的或者是特大罕遇地震時，仍然按照這種傳統(tǒng)的抗震結構設計方法就很可能會因為不具備自我調(diào)節(jié)的能力而無法滿足安全的使用要求，從而造成非常嚴重的人員傷亡和經(jīng)濟損失。同時，在當今高速發(fā)展的社會中，一些具有高精密儀器配備的建筑物，如工業(yè)廠房、實驗室、醫(yī)院等，對抗震設計提出了很高的要求，單靠采用結構構件來耗能抗震的設計方案已經(jīng)無法滿足要求。因此，世界各國的研究學者把目光投向了隔震設計這一更為安全有效的抗震方法上。

1 工程概況與計算模型

工程實例是一個多層框架結構，該結構的抗震設防烈度為8度，屬于重點設防乙類建筑，設計分組為第一組，地震加速度峰值為0.20 g，特征周期為0.55 s。該建筑為4層框架結構體系，高14.4 m，寬12 m，高寬比為1.8，結構布置圖見圖1。

圖1 結構布置圖

2 ETABS有限元建立模型

采用有限元軟件ETABS建立框架結構體系的有限元模型，并進行受力分析，ETABS有限元軟件具有強大的模擬功能，可以建立各種復雜的結構模型，并且能夠開展結構體系的線性和非線性動力分析，并且能夠精準地模擬橡膠隔震支座的性能，其有限元模型如圖2所示。

圖2 有限元模型

3 隔震支座的布置

本文采用的是橡膠隔震支座，在選擇隔震支座的直徑、數(shù)量和平面布置時，主要考慮以下因素。

1)根據(jù)[文獻2]中12.2.3條，橡膠隔震支座的豎向壓應力不應超過乙類建筑的基準面壓限值12 MPa。[2]

2)在罕遇地震作用下，當少數(shù)隔震支座出現(xiàn)拉應力時，其拉應力不應大于1 MPa。

3)隔震支座的水平位移應不大于其有效直徑的0.55倍和各橡膠層總厚度3倍中的較小值。

本工程選用了不同規(guī)格的橡膠隔震支座共24個，隔震支座的分布示意如圖3所示。

圖3 隔震支座分布示意圖

4 地震比輸入

依據(jù)規(guī)范規(guī)定，當進行時程分析時，應該按照建筑場地的類別和設計地震的分組來選用實際強震記錄和人工模擬的加速度時程曲線，其中實際強震記錄的數(shù)量應占總數(shù)的2/3以上。該工程中選取兩條天然波EL-centro波和CPC波，還有一條依據(jù)抗震規(guī)范反應譜合成的人工Ren波。

5 隔震效果分析

5.1 結構自振周期

對非隔震模型和采用橡膠隔震支座模型在ETABS軟件中進行模態(tài)分析，選取前9階自振周期，如表1所示。

5.2 層間剪力

采用基礎隔震和非隔震結構的兩種模型在EL-Centro波、CPC波、Ren波的作用下進行時程分析得到底層和頂層的層間剪力如表2～3，通過對比分析得到基礎隔震可以很大層度上降低地震作用對樓層間的剪力作用如表4，通過表4可以清晰看到采用基礎隔震的結構水平向減震系數(shù)最大為頂層X方向0.16，最小為底層Y方向0.26。

表1 自振周期

表2 底層剪力

表3 頂層剪力

表4 水平向減震系數(shù)(隔震/非隔震)

6 結 論

本文先采用ETABS有限元軟件建立框架結構模型，并結合相關規(guī)范和地震波作用對結構進行隔震的布置，然后對結構的周期和剪力進行參數(shù)分析，最后在地震波作用下對本模型進行時程分析，并給出隔震后的層間剪力和水平向減震系數(shù)都滿足相關規(guī)范要求，為同類建筑工程的隔震設計提供了一些參考。

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