摘要：為提升高層建筑抗震性能，從優(yōu)化隔震效果的角度出發(fā)探討支座極值面壓具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。基于此，以某框架-核心筒高層建筑為研究對(duì)象，從基礎(chǔ)隔震入手設(shè)置4種抗震設(shè)計(jì)方案，并對(duì)比分析4種方案的地震響應(yīng)情況。研究結(jié)果表明：設(shè)置鉛芯橡膠支座和粘滯阻尼器，可有效減小層間位移角和支座極值面壓。核心筒角點(diǎn)處設(shè)置具備較大承載力的大尺寸支座，應(yīng)避免以鉸接形式連接核心筒和樓面梁，以此提升高層建筑抗震性能。

關(guān)鍵詞：框架-核心筒；高層建筑；抗震性能；鉛芯橡膠；粘滯阻尼器

0" "引言

伴隨著不斷增加的功能性需求和建設(shè)高度，人們對(duì)框架-核心筒結(jié)構(gòu)的高層建筑抗震性能要求越發(fā)嚴(yán)格[1]。在現(xiàn)有建筑抗震技術(shù)中，隔震技術(shù)因具備提升建筑地震安全性能，并確保設(shè)防地震后建筑物功能正常的優(yōu)勢(shì)而得到重點(diǎn)關(guān)注。

目前針對(duì)此方面的已有較多研究。如肖從真等[2]采用SAP2000和ETABS有限元軟件，探討了某高層建筑的動(dòng)力情況，從結(jié)果看，隔震后建筑基底剪力顯著減小。王曙光等[3]探討了高層建筑支座拉力與建筑結(jié)構(gòu)上部豎向構(gòu)件的關(guān)系，得出應(yīng)盡量在結(jié)構(gòu)平面中部布置剪力墻的結(jié)論。尹傳印等[4]探討了橡膠支座在框架-核心筒高層建筑隔震結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，得出優(yōu)化橡膠支座拉應(yīng)力的控制方法。

目前高層建筑隔震技術(shù)的應(yīng)用仍有一定局限性，如高層建筑結(jié)構(gòu)有較長(zhǎng)自振周期，地震作用時(shí)反映譜長(zhǎng)周期段下降較慢[5]。高層建筑結(jié)構(gòu)傾覆力矩較大，地震作用下的隔震支座有較大拉應(yīng)力，但現(xiàn)有隔震支座抗拉性能較差[6]。為提升高層建筑抗震性能，從優(yōu)化隔震效果的角度出發(fā)探討支座極值面壓具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。本文以某框架-核心筒高層建筑為研究對(duì)象，從基礎(chǔ)隔震入手設(shè)置4種抗震設(shè)計(jì)方案，并對(duì)比分析4種方案的地震響應(yīng)情況。

1" "基于實(shí)際工程建立有限元模型

1.1" "工程概況

本文以某框架-核心筒高層建筑為研究對(duì)象。該建筑共20層、80m高，核心筒尺寸（長(zhǎng)×寬）為8.4m×8.4m，高寬比為3.3，結(jié)構(gòu)有8度設(shè)防烈度，0.35s特征周期。建筑上部結(jié)構(gòu)布置示意圖如圖1所示。

1.2" "有限元建模

為確保模型準(zhǔn)確度，采用SAP2000和YJK有限元軟件建立非隔震建筑模型，并將2種模型的相對(duì)誤差控制在2%以下。在隔震分析時(shí)，采用SAP2000有限元軟件建模。其中，框架單元模擬梁柱，殼單元模擬剪力墻，膜單元模擬樓板。隔震支座水平力學(xué)性能和拉壓不等的豎向性能分別以Rubber Isolator單元和MultiLinear Elastic單元模擬?？蚣?核心筒高層建筑結(jié)構(gòu)數(shù)值模型如圖2所示。

2" "隔震方案

為進(jìn)一步優(yōu)化框架-核心筒高層建筑的抗震性能，共設(shè)置4種隔震方案。

2.1" "方案一

將800mm有效直徑的12個(gè)LRB800型鉛芯橡膠支座，設(shè)置在外圍框架柱下。將700mm有效直徑的2個(gè)LNR700型天然橡膠支座，設(shè)置在核心筒剪力墻下。隔震方案一如圖3所示。自重荷載作用下，支座最大面壓約13MPa，支座壓應(yīng)力限值要求[7]。

2.2" "方案二

將天然橡膠支座替換成鉛芯橡膠支座，并增大墻下四角點(diǎn)支座直徑，隔震方案二如圖4所示。該方案中的支座，在上部結(jié)構(gòu)重力荷載作用下有約12MPa最大面壓。

2.3" "方案三

在框架-核心筒建筑結(jié)構(gòu)體系中，因建設(shè)設(shè)備安裝需求不同，可采用鉸接或剛接方式連接核心筒和樓面梁。為探討連接方式與隔震結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的聯(lián)系，僅將方案二中的核心筒端部一側(cè)M1和M2方向的彎矩進(jìn)行釋放以進(jìn)行鉸接。

2.4" "方案四

在方案二的基礎(chǔ)之上，在隔震層外圍布置16個(gè)粘滯阻尼器。設(shè)防地震作用下，各方案結(jié)構(gòu)基本周期如表1所示。

3" "動(dòng)力響應(yīng)分析

3.1" "地震波

以隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的反應(yīng)譜為目標(biāo)，使用數(shù)值模擬軟件，模擬分析RSN85、RSN40地震波和人工波下的基底剪力情況。反應(yīng)譜法和時(shí)程分析結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可以看，多條地震波的2種基底剪力平均值處于80%～20%的范圍，滿(mǎn)足要求。

3.2" "位移響應(yīng)

各地震波作用下，隔震層位移對(duì)比見(jiàn)表3。從表3可以看出，各隔震方案均有效，且在RNS40地震波作用時(shí)有最好的隔震效果。方案三在各地震波作用時(shí)有最大層間位移角，表明鉸接狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)安全性不足。方案四在人工波和RSN85地震波下隔震效果較好，說(shuō)明核心筒支座采用鉛芯橡膠支座，且在結(jié)構(gòu)外圍設(shè)置粘滯阻尼器可有效降低結(jié)構(gòu)層間位移角。

綜上所述，天然橡膠支座水平剛度和耗能性能均較差，導(dǎo)致方案一隔震層出現(xiàn)超限等不良情況。比起天然橡膠支座，設(shè)置鉛芯橡膠支座后最大位移最大降幅達(dá)130mm，增設(shè)粘滯阻尼器最大位移可降低近90mm。

3.3" "加速度響應(yīng)

從各結(jié)構(gòu)層在3組地震波作用時(shí)的X向加速度放大系數(shù)看，因結(jié)構(gòu)在隔震前有較長(zhǎng)一階自振周期，為此上部結(jié)構(gòu)各層加速度不具備明顯的放大效應(yīng)。

設(shè)置隔震之后，上部結(jié)構(gòu)各層加速度變化趨于平緩，表明結(jié)構(gòu)主要產(chǎn)生整體平動(dòng)。不同地震波作用下的各隔震方案僅有較小區(qū)別，方案一因較低剛度而有最低的加速度響應(yīng)；方案四因所用鉛芯更多，并設(shè)有粘滯阻尼器等，因而有最大剛度，有相對(duì)較大的加速度響應(yīng)。

3.4" "基底剪力

各方案在不同地震波作用時(shí)，X向基底最大剪力如表4所示。從表4結(jié)果看，結(jié)構(gòu)X向基底剪力在設(shè)置基礎(chǔ)隔震后有約47%的平均降幅，其中方案二有最小基底剪力。

3.5" "支座極值面壓

3組地震波作用時(shí)，支座極值面壓如表5所示。表5中正值為拉應(yīng)力，負(fù)值為壓應(yīng)力。從表5的結(jié)果看，各方案均在核心筒隔震支座處產(chǎn)生極大和極小面壓，且多出現(xiàn)在四角點(diǎn)支座處。從方案四在RSN85地震波作用時(shí)的支座極值面壓變化情況看，比起外圍框架柱下支座，核心筒的支座有更大軸力波動(dòng)幅度。

此外，從支座極值面壓變化情況看，其最大拉壓應(yīng)力分別小于30MPa和1MPa，說(shuō)明所用粘滯阻尼器和鉛芯橡膠支座更多時(shí)可有效減小支座極值面壓。在以鉸接方式連接核心筒和樓面梁時(shí)，支座極大和極小面壓均有所上升。

RSN85地震波作用時(shí)，核心筒支座滯回曲線和粘滯阻尼器滯回曲線均較飽滿(mǎn)，說(shuō)明耗能效果較好，所設(shè)裝置有較高合理性。

4" "結(jié)束語(yǔ)

為提升高層建筑抗震性能，從優(yōu)化隔震效果的角度出發(fā)探討支座極值面壓具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。本文以某框架-核心筒高層建筑為研究對(duì)象，從基礎(chǔ)隔震入手設(shè)置4種抗震設(shè)計(jì)方案，并對(duì)比分析4種方案的地震響應(yīng)情況。得到以下結(jié)論：

從支座極值面壓看，所用鉛芯橡膠支座數(shù)量較多，且相應(yīng)設(shè)置粘滯阻尼器，可有效減小支座極值面壓和上部結(jié)構(gòu)層間位移。核心筒角點(diǎn)位置所設(shè)置的隔震支座有較大幅度的軸力變化，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使用較大承載力的大直徑支座。

在設(shè)計(jì)框架-核心筒高層建筑的基礎(chǔ)隔震時(shí)，應(yīng)盡量避免采用鉸接方式連接核心筒和樓面梁，避免出現(xiàn)過(guò)大的支座極值和層間位移角，影響結(jié)構(gòu)抗震性能。

參考文獻(xiàn)

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[3] 王曙光，杜東升，劉偉慶.高層建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，31（1）：71-77.

[4] 尹傳印，解琳琳，李?lèi)?ài)群，等.RC框架-核心筒高層隔震結(jié)構(gòu)支座拉應(yīng)力控制方法研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2021，51（1）：94-99.

[5] 朱宏平，周方圓，袁涌.建筑隔震結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展與分析[J].工程力學(xué)，2014，31（3）：1-10.

[6] 葛根旺，王軍偉，晉宇.高層隔震結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀與研究進(jìn)展[J].工程抗震與加固改造，2020，42（6）：53-62+69.

[7] 建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T51408—2021[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2021.

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