昆明恒基建设工程施工图审查中心 昆明 650011
摘要：本文通过对石林县某中学多功能综合楼多层框架结构隔震设计的介绍，包括隔震结构的计算分析，确定隔震支座尺寸和布置形式等，对比分析了隔震前后结构的抗震性能。结果表明，经过隔震设计后的结构，抗震性能明显高于传统设计结构，隔震后建筑高处楼层地震作用效应大幅减小，使处于其中的人们震感显著减弱。
关键词：框架结构；隔震支座；减震系数；时程分析
前言
传统的结构抗震设计是以“抗”为主的，主要是通过结构构件本身的塑性变形来耗散能量，其实质是把结构本身作为“消能”元件，因为地震时必然释放大量能量，导致结构产生不同程度的破坏，甚至发生严重破坏或倒塌，造成重大的人员伤亡和经济损失。基础隔震技术将建筑物与基础用隔震装置隔开，减少地震对上部结构的影响，从而达到抵御地震灾害的目的。国内外大量实际工程和试验结果均表明，采用基础隔震的结构可以有效减小结构在地震作用下的位移和加速度响应，为主体结构安全增加一道防线。
1 工程概况
本工程拟建于石林县，总建筑面积7087.39m2，建筑长65.40米，宽42.00米。建筑层数：架空1层，地上3层，建筑高度20.664m，功能上作为学校风雨操场使用，兼顾合班教室与年级会议功能，满足学校教学和学生体育锻炼要求。结构形式为混凝土框架结构，属于乙类建筑。结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度8度（0.20g），地震影响系数最大值：小震0.16，隔震后0.08，中震0.45。地震设计分组为第三组，场地类别为Ⅱ类，场地特征周期为0.45s，建筑物抗震设防类别为重点设防类。根据根据云南省住建厅等9个厅、委、局联合发布的云建震【2012】131 号文“关于进一步加快推进我省隔震技术发展与应用工作的通知”和昆明市住建局等6个局、委联合发布的昆建通【2012】157 号文”关于加快推进减隔震技术应用的通知”的文件要求，结合工程特点，采用隔震技术进一步提高建筑物的安全性。
2 隔震结构分析
本工程使用大型有限元软件ETABS建立隔震与非隔震结构模型，并进行计算与分析。本结构模型依据PKPM建模得到。ETABS模型如图1所示。
图1 结构三维模型图
2.1 时程分析
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010，以下简称《抗规》）5.1.2条规定：采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程，其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3，多组时程的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。弹性时程分析时，每条时程计算的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱计算结果的65%，多条时程计算的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。
本工程选取了实际5条强震记录和2条人工模拟加速度时程，7条时程曲线如图2所示，7条时程反应谱和规范反应谱曲线如图3所示，基底剪力对比结果如表4所示。
非隔震结构基底剪力 表1
图2 7条时程曲线
《抗规》规定：输入的地震加速度时程曲线的有效持续时间，一般从首次达到该时程曲线最大峰值的10%那一刻算起，到最后一点达到最大峰值的10%为止；无论是实际的强震记录还是人工模拟波形，有效持续时间一般为结构基本周期的（5~10）倍。详细情况见表5：
7条时程反应谱持续时间表 表2
图3 7条时程反应谱与规范反应谱曲线
由图3可知，各时程平均反应谱与规范反应谱较接近。
《抗规》规定：多组时程波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比，在对应于结构主要振型的周期点上相差不大于20%。详细情况见下表：
7条时程反应谱与规范反应谱曲线对比表 表3-1
注：表中差值为：（规范反应谱影响系数－平均反应谱影响系数︱／规范反应谱影响系数）?100%。
由表3可知，满足规定。
2.2 隔震支座布置
本工程采用的橡胶隔震支座，在选择其直径、个数和平面布置时，主要考虑了以下因素：
1）根据《抗规》12.2.3条，同一隔震层内各个橡胶隔震支座的竖向压应力宜均匀，竖向平均应力不应超过乙类建筑的限值12Mpa。
2）在罕遇地震作用下，隔震支座不宜出现拉应力，当少数隔震支座出现拉应力时，其拉应力不应大于1MPa。
3）隔震支座的极限水平变位应小于其有效直径的0.55倍和各橡胶层总厚度3倍二者的较小值。
本工程共使用了72个支座，72个隔震垫，各类型支座数量及力学性能详见表4。隔震支座平面布置见图4。隔震结构屈重比为3600/90910=0.040。
有铅芯隔震支座力学性能参数 表4
图4 隔震支座编号及布置图
2.3设防地震（中震）分析
设防地震（中震）作用下，隔震结构与非隔震结构的周期对比见表5，《叠层橡胶支座隔震技术规程》规定：隔震房屋两个方向的基本周期相差不宜超过较小值的30%。
由表5可知，采用隔震技术后，结构的周期明显延长，且满足相关规定要求。
层间剪力及其比值见表6、7（选取5条波作比较）。
由表6、表7分析得到隔震层以上结构隔震前后，结构层间剪力比值的平均值最大值为0.272，根据《抗规》第12.2.5条，确定隔震后水平地震影响系数最大值αmax1＝βαmax/ψ=0.272*0.16/0.85=0.051
隔震前后结构的周期 表5
3 隔震构造措施
为了使建筑物在地震时能充分发挥隔震效果，楼、电梯等构件在隔震层位置应采取相应的构造措施，既要保证上下安全连接，又不能阻碍整个隔震层的有效变形，满足隔震设计要求：
1）隔震支座的相关部位采用现浇混凝
土梁板结构，板厚为160mm；
2）建筑物周边设置900mm 宽度隔震沟，且与主体结构设缝分离，结构缝可用柔性材料填充满足建筑防水要求；
3）隔震层采用分离式楼梯满足建筑变形要求；
4）隔震层设备管线连接应采用柔性接头，并留够一定的变形能力。
4结论
本文通过对石林县某中学多功能综合楼隔震设计，得到以下结论：
1）用隔震设计的建筑，可有效地减少
结构的层间剪力及位移，同时在隔震层布置含铅芯隔震支座或其它位移型阻尼器可以达到良好的耗能效果，整体提升了上部结构的抗震性能；
2）合理地选择和布置隔震支座对于隔震效果有很大的影响，特别在建筑重量大，地震作用强时，采用大直径的隔震支座，减少隔震支座数量，在上部受力结构构件下集中布置，可以使隔震层上下部分传力直接，减少附加弯矩；
3）为使建筑物达到预期的整体隔震效果，需要综合考虑建筑、机电等专业相关的隔震构造措施。
参考文献
[1]徐至均，陈祥福，李景，等. 建筑隔震技术与工程应用[M]. 北京：中国质检出版社，2013：1-4.
[2]周福霖．工程结构减震控制[M]. 北京：地震出版社，1997：4-10.
[3]CECS 126：2001，叠层橡胶支座隔震技术规程[S]
[4]GB 50011-2010（2016年局部修订）建筑抗震设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2010.
论文作者:韩光霞
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第28期
论文发表时间:2018/3/1
标签：支座论文; 结构论文; 剪力论文; 建筑论文; 系数论文; 曲线论文; 工程论文; 《建筑学研究前沿》2017年第28期论文;