李濤楊，李 偉

（1.云南交投集團云嶺建設(shè)有限公司，云南 昆明 650000；2.云南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，云南 昆明 650000）

我國處于環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶之間，因此地震斷裂帶充分發(fā)育，我國的多次強震中，導(dǎo)致了大量的人員傷亡和經(jīng)濟損失。我們的高烈度抗震設(shè)防區(qū)分布廣泛，主要集中在西南、西北和中部地區(qū)。在此種程度上，需要最大限度地提升高烈度抗震設(shè)防區(qū)建筑的安全性及抗震性能，現(xiàn)階段當(dāng)中，我國減隔震技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和推廣，尤其是隔震技術(shù)。我國的隔震技術(shù)集中在單獨應(yīng)用的方面，對于隔震層外設(shè)置出對應(yīng)的減震裝置和隔振支座來實現(xiàn)混合應(yīng)用。在技術(shù)不斷發(fā)展的今天，需要對減隔震技術(shù)不斷創(chuàng)新和提升。

1 減隔震組合體系選型

針對減震組合體系來說，需結(jié)合項目的實際情況對隔震方案進行確定，隔震層的上部一般采用鋼筋混凝土的框架結(jié)構(gòu)建設(shè)，介于基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間，在進行動力時程分析過程當(dāng)中可以借助于7 組地震波分析，按照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱《抗規(guī)》）要求的規(guī)定，在對彈性時程分析的過程當(dāng)中，需要根據(jù)時程曲線計算的結(jié)果進行分析，每條時程曲線的結(jié)果和振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果相比較，需要不超過其65%，并且如果對多條時程曲線進行計算，則需要保證平均值大于或者等于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的80%，其地震波信息見表1。如果借助于選擇好的7 組地震波來對隔震結(jié)構(gòu)進行分析，其中需要對多遇、設(shè)防地震作用下的時程進行分析。在分析的過程當(dāng)中，主要利用ETABS 有限元分析軟件來繼續(xù)分析，其中梁柱部分主要采用frame 單元模擬的方式，橡膠隔震制作利用isolator1 單元模擬的方式，粘滯阻尼器主要利用基于Maxwell 模型的damper 單元模擬的方式，借助于Ritz 法來進行迭代分析。也就是說，在預(yù)防地震的作用下，隔震層上部的結(jié)構(gòu)最大減震系數(shù)為0.22。上部結(jié)構(gòu)在遇到地震彈性設(shè)計時產(chǎn)生的最大層間位移角。也就是說，采用隔震方案設(shè)計的過程當(dāng)中，其上部結(jié)構(gòu)層的最大層間位移角是不滿足《抗規(guī)》要求的，因此針對此種情況，需要對上部結(jié)構(gòu)的剛度進行增加，也就是說上部結(jié)構(gòu)進行布置剛性支撐，以此來進行隔震和剛性支撐組合方式的形成。對于上部結(jié)構(gòu)來說，需要增加其阻尼，以此可以在上部結(jié)構(gòu)當(dāng)中布置消能減震的裝置，也就是利用粘滯阻尼支撐的方式來進行減隔震組合方案的形成。

表1 地震波信息

對于上部結(jié)構(gòu)方面的2 個方案來說，可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)剛度的最大化需求，相對于剛性支撐來說，其剛度較大，如果受到了罕遇地震作用，則其剛性支撐對應(yīng)位置的隔震支座的拉力需要保持比較大，因此其隔震支座在要求方面就無法滿足。對于此種情況，可以借助于減隔震的組合體系來實現(xiàn)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間進行隔震層的設(shè)置，對上部結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土框架中進行粘滯阻尼支持的布置。

在減隔震裝置的布置和參數(shù)設(shè)置方面，需要根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的實際情況來進行設(shè)計，利用基礎(chǔ)隔震和上部結(jié)構(gòu)的粘滯阻尼支撐支持組合的減隔震技術(shù)來進行設(shè)置。此種技術(shù)的應(yīng)用方面需要涉及到隔震層布置與上部結(jié)構(gòu)粘滯阻尼支撐布置2 個部分。首先，在隔震層的布置和參數(shù)設(shè)置方面，需要考慮到多個方面的因素，其中包含剛度、拉應(yīng)力以及變形力，對于剛度來說，如果設(shè)置剛度相對較大的鉛芯橡膠支座，則需要沿著結(jié)構(gòu)周邊布置，相對于天然橡膠來說，其剛度較小，可以沿著內(nèi)部布置，實現(xiàn)扭轉(zhuǎn)剛度的良好適應(yīng)。在這個過程當(dāng)中，重力荷載的要求需要保證其隔震支座的豎向平均應(yīng)力不超過《抗規(guī)》的限值。在罕遇地震的作用下，其拉應(yīng)力不應(yīng)該出現(xiàn)在隔震支座當(dāng)中，如果出現(xiàn)，則需要其拉應(yīng)力小于1.0 MPa。隔震支座本身的基線水平需要在其有效直徑的55%之內(nèi)，而且需要保證小于其各橡膠層總厚度的3 倍或者兩者的最小值。在曲線和隔震支座當(dāng)中，初始剛度可以實現(xiàn)一定期限內(nèi)荷載或者較小荷載穩(wěn)定性的保障，對于隔震層屈服之后的剛度水平，如果較小的話，其隔震效果說明相對良好。與此同時，重力荷載代表值的作用對于隔震支座的最大長期面壓數(shù)值來說，需要滿足其《抗規(guī)》的相關(guān)要求。

2 工程實例

在本文當(dāng)中，主要以云南省某地區(qū)作為主要的研究對象，該地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為8 度，場地類別為III類，其中的基本風(fēng)壓為0.3 kN/m2，建筑高度為17.7 m，分為地上3 層和地下1 層，該地區(qū)的建筑平面尺寸為109 m×49.6 m。

在該項目當(dāng)中，屬于大型的展覽館建筑，需要做到重點設(shè)防，因此在對其該項目的地質(zhì)特點進行勘測之后得出該項目3 km 范圍內(nèi)存在有地震斷裂帶，《抗規(guī)》當(dāng)中對其作出了規(guī)定，其地震作用下，對于其放大系數(shù)可以使用1.5 倍來進行計算，也就是如果多遇地震αmax=0.36 的話，其地震作用需要在9 度設(shè)防以上，在此種作用下，在結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面需要做到抗震措施的保障，保障其抗震性能可以得到最大的發(fā)揮，有效保護其建筑物的安全性和穩(wěn)定性。對于本文當(dāng)中提到的項目，其隔震層的2 個偏心率分別為0.60%（X 向）和0.59%（Y 向），兩者的數(shù)值都在3%以下，將其進行布置在隔震層當(dāng)中是比較合理的，其上部結(jié)構(gòu)的重心和隔震層的剛心可以達到重合狀態(tài)，因此有利于隔震支座的安全性和穩(wěn)定性。進行隔震層的增加，其結(jié)構(gòu)自振的周期可以延長到3 倍，也就是說對于結(jié)構(gòu)的自振周期可以延長，因此對于上部結(jié)構(gòu)地震起到有利作用。針對于設(shè)置上部結(jié)構(gòu)的粘滯阻尼支撐的參數(shù)方面，其粘滯阻尼支撐本身具有無靜剛度且耗能強的性能，可以在此特點的基礎(chǔ)上對于結(jié)構(gòu)的阻尼比進行實現(xiàn)附加作用，以此來對上部結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)進行減少。在該項目當(dāng)中，根據(jù)綜合實際情況進行了隔震支座、黏滯阻尼器個數(shù)的確定，其中隔震支座100 個，黏滯阻尼器10個，上部結(jié)構(gòu)布置的黏滯阻尼支撐34 榀，X 向16 榀，Y向18 榀。

3 減隔震組合結(jié)構(gòu)分析方法

在對減隔震組合結(jié)構(gòu)方法分析過程當(dāng)中，可以利用分離式的設(shè)計方式，將其隔震結(jié)構(gòu)分為隔震層的下部結(jié)構(gòu)、隔震層以及隔震層的上部結(jié)構(gòu)進行分層設(shè)計。對于上部結(jié)構(gòu)，主要借助于減震系數(shù)的概念，來實現(xiàn)對隔震結(jié)構(gòu)的減震效率做出評價，根據(jù)此基礎(chǔ)，來實現(xiàn)地震反應(yīng)譜的調(diào)整。在減隔震組合結(jié)構(gòu)的減震系數(shù)計算方法當(dāng)中，需要結(jié)合其整體分析法來進行計算，在計算方式方面，可以應(yīng)用疊加分析法的方式來進行計算減震系數(shù)，對于上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計來說，可以采用整體分析法來實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)整體減震效率進行復(fù)核、驗算，保證結(jié)構(gòu)的安全性。

疊加分析法，基于疊加原理的基礎(chǔ)，來實現(xiàn)對減隔震組合體系的劃分，可以將其劃分為純框架結(jié)構(gòu)與單獨隔震結(jié)構(gòu)，按照其《抗規(guī)》的規(guī)定來進行計算減震系數(shù)。在此基礎(chǔ)上，對于上部結(jié)構(gòu)本身的地震波峰值輸入方面可以進行加速，利用此種方式來有效實現(xiàn)對上部減震結(jié)構(gòu)粘滯阻尼支撐減震效率的分析。

針對隔震分析，可以借助于上文提到的7 組地震波來對2 種結(jié)構(gòu)進行設(shè)防地震作用的分析，在其分析的過程當(dāng)中，可以借助于ETABS 有限元分析軟件。針對高烈度地震作用力下的層剪力分布情況，可以通過隔震層的增設(shè)來減小上部結(jié)構(gòu)的各層剪力，實現(xiàn)對隔震體系的隔震效率的良好體現(xiàn)。

在減震分析方面，利用相同的地震波，來實現(xiàn)對純框架結(jié)構(gòu)和上部減震結(jié)構(gòu)相同的情況下進行防地震分析，可以得出，其上部結(jié)構(gòu)進行增設(shè)粘滯阻尼支撐后，其耗能作用相對良好，其純框架結(jié)構(gòu)與單獨隔震結(jié)構(gòu)自振周期對比見表2?？梢钥闯錾喜拷Y(jié)構(gòu)進行粘滯阻尼支撐增設(shè)之后，其X、Y 向各層層間的變形分別減少了14%、17%，在結(jié)構(gòu)方面具有良好的抗震性能。

表2 純框架結(jié)構(gòu)與單獨隔震結(jié)構(gòu)自振周期對比

在整體分析法的過程當(dāng)中，需要對上部減震體系和隔震體系之間產(chǎn)生的相互作用進行分析，以此來和疊加分析法進行對比。對于罕遇地震作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析方面，在借助于纖維模型理論的彈塑性分析軟件PERFORM-3D V5 的基礎(chǔ)上進行分析，對于框架梁的塑性鉸可以采用M 鉸進行模擬，其框架柱塑性鉸可以采用P-M 鉸進行模擬，對于橡膠隔震支座來說，可以利用isolator 單元進行模擬，對于阻尼器可以借助于Maxwell 的模型來進行分析，對于分析的過程可以利用積分法進行迭代分析。

最后對于減隔震組合的結(jié)構(gòu)設(shè)計流程來說，根據(jù)以上得出的結(jié)論，利用疊加分析法來對其進行設(shè)計分析，在設(shè)計的過程當(dāng)中，需要注意的是根據(jù)實際情況制定出合理的隔震目標(biāo)和減震目標(biāo)。在分析的過程當(dāng)中，需要對隔震與減震作用考慮，同時還需要按照反應(yīng)譜初步設(shè)計，對于減隔震的組合體系設(shè)計來說，需要進行隔震層的設(shè)計，還需要對上部結(jié)構(gòu)減震體系進行科學(xué)設(shè)計。利用疊加分析法的過程當(dāng)中，還需要對時程進行分析，保證減震系數(shù)計算之后驗算其隔震效率的達標(biāo)狀態(tài)。對上部的減震結(jié)構(gòu)進行時程分析的過程當(dāng)中，可以進行輸入減震系數(shù)來計算出其地震波的加速度峰值，從而保證上部減震效率達到預(yù)期目標(biāo)的狀態(tài)。在驗算減隔震組合結(jié)構(gòu)過程當(dāng)中，需要實現(xiàn)對罕遇地震下的性能進行最大限度的分析，其中需要考慮到隔震層極限變形、隔震支座短期面壓等多個方面的因素影響。如果對上部結(jié)構(gòu)進行重新驗算，則需要實現(xiàn)隔震層連接構(gòu)件、下部結(jié)構(gòu)以及地基基礎(chǔ)這幾部分的設(shè)計。利用疊加分析法來進行分析的過程中，需要根據(jù)其建筑結(jié)構(gòu)的整體來實現(xiàn)對其整體減震效率進行復(fù)核、驗算，保證結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性的全面分析。

4 結(jié)束語

綜上所述，對于高烈度的抗震設(shè)防區(qū)建筑來說，需要借助于隔振和上部結(jié)構(gòu)粘滯阻尼支撐的減隔震組合技術(shù)來實現(xiàn)有效抗震。此種類型的減隔震組合對于上部結(jié)構(gòu)的抗振作用可以起到有效的減少，與此同時上部結(jié)構(gòu)可以保持基本的彈性，使得結(jié)構(gòu)抗震性能得到有效提升。在對于此類的減隔震組合結(jié)構(gòu)當(dāng)中，需要使用疊加分析的方式，疊加分析方式可以適用于減隔震組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計部分。對于設(shè)計來說，需要根據(jù)其整體的分析來實現(xiàn)對減震效率的復(fù)核檢驗。在這個過程當(dāng)中，也可以借助于疊加分析方式來對新型的減隔震組合提供設(shè)計依據(jù)，以此來增加減隔震組合的功能。