（淄博市建筑设计研究院 山东 淄博 255037）
【摘 要】文章重点介绍了淄博某中心卫生院的隔震结构设计。主要内容包括合理确定隔震设计目标，隔震层的设计和隔震层以上结构水平减震系数的计算、隔震层支座在罕遇地震下的位移和拉应力的计算、隔震层支墩的设计方法和参数分析。同时为保证在罕遇地震作用下隔震层以上结构可自由变形，采取了设置隔震沟，上、下部结构之间设置水平缝等措施。
【关键词】隔震设计；计算分析；构造措施
【中图分类号】TU352 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）10-0016-02
1.引言
我国是地震多发国家之一，如何确保地震发生时，建筑物能达到基本的抗震设防目标，是每一个工程建设参与人员应当充分重视的。国内外的大量试验和工程经验表明：隔震技术可使结构的水平地震加速度反应降低60%左右，从而消除或有效地减轻结构和非结构的地震损坏，提高建筑物及其内部设施和人员的地震安全性。成都凯德风尚项目采用了隔震技术，取得了良好的设计效果[1]。综合考虑地震后建筑物损伤修复的费用，隔震方案具有长远的经济效益
2.工程概况
淄博某中心卫生院位于山东省淄博市，建筑面积为7,630m2。地面以上共五层，带一层地下室。建筑物长85.6m，宽13.5m，首层层高4.2m，其余各层层高均为3.9m，采用混凝土框架结构。根据《建筑抗震设防分类标准》[2]，抗震设防类别为重点设防类。工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类。基本风压为0.4kN/m2，地面粗糙度为B类。为大幅度提高房屋建筑抗震设防能力，避免人员伤亡、减轻财产损失，经与建设方共同协商，决定采用隔震技术。
3.隔震设计
3.1 隔震工程原理
传统结构抗震设计理论认为：地震的全部能量作用于建筑物基础，并由基础传递给上部结构，上部结构应具备足够的刚度、延性和承载能力抵御地震，从而达到“小震不坏、中震可修、大震不倒” 的设防目的。这是目前我国和世界各国普遍采用的方法，立足点是“抗”。20世纪70年代初，出现了结构隔震技术。所谓隔震，就是在建筑物的基础或某个其他位置安装隔震系统来隔离或耗散地震能量，隔震系统是一种侧向刚度很小的振动控制装置，它可以延长整个建筑物的震动周期，使地震所引起的建筑物变形集中到隔震装置上，隔断大部分地震能量的上传，这在很大程度上减少地震时上部结构的加速度和层间位移，从而大大减少上部结构的地震反应。大量研究结果表明，采用隔震技术，上部结构的变形类似于刚体的平动，地震反应没有放大现象，地震作用仅相当于传统结构所受到的地震作用1/2至1/4，确保了建筑物在受到强烈地震作用时不出现大破坏或倒塌。
3.2 隔震方案设计
建筑结构隔震设计的第一步就是初定隔震层位置。对于没有地下室的建筑，需要增加一层作为隔震层，这一层层高不宜太高，一般梁底到地面的净高不应小于600mm，建议不小于800mm。这一要求主要是为了便于日后的隔震层维护和检修。对于有地下室的建筑，可以将隔震层设置在地下室这一层，隔震支座设置在地下室柱顶、柱中、柱底均可。
根据工程特点，本工程隔震层设置于地下一层，减少了单独设置隔震造成的费用增加，使得隔震建筑具有良好的经济性。
3.3 隔震计算分析
3.3.1 地震作用计算及分析
本工程使用有限元软件ETABS建立隔震与非隔震结构模型，并进行计算与分析。ETABS软件具有方便灵活的建模功能和强大的线性和非线性动力分析功能，其中连接单元能够准确模拟橡胶隔震支座。考虑到隔震橡胶支座的抗扭刚度、抗弯刚度相对混凝土柱非常小，或者说隔震橡胶支座传递弯矩和扭矩的能力弱，因此，为了使模型结构的受力状态与真实结构的受力状态更接近，建筑结构模型的底层柱改为下端铰接约束。
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《建筑抗震设计规范》[3]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。
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（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）隔震支座的水平位移限值不应超过其有效直径的0.55倍和各橡胶层总厚度3倍二者的较小值。
《建筑抗震设计规范》[3]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。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。
通过隔震与非隔震前三阶振型计算结果对比分析，隔震后结构的周期较隔震前有明显的延长，第一周期从0.944s延长到了2.878s，增加了约两倍，远离建筑场地的卓越周期，达到了减震的目的。隔震前后，隔震层以上结构层间剪力比值的最大值为0.365，即水平向减震系数β为0.365。根据《建筑抗震设计规范》[3]第12.2.5条及条文说明，β小于0.4时，隔震后结构的水平地震作用可比非隔震时降低一度，满足预先设定的隔震设计目标。本地区抗震烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，采用隔震技术后，该项目按照抗震设防烈度6度（设计基本地震加速度值0.05g）进行地震力计算，仍按照7度（设计基本地震加速度值0.10g）采取抗震措施。
3.3.2 罕遇地震结构分析
在罕遇地震作用下，隔震支座未出现拉应力，隔震支座的水平最大位移92mm，未超过其有效直径的0.55倍和各橡胶层总厚度3倍二者的较小值，满足规范要求。
隔震层的支墩直接支承着整个上部结构，是隔震结构的关键构件。《建筑抗震设计规范》[3]12.2.9条规定：与隔震层连接的下部构件（如地下室、支座下的墩柱等）的地震作用和抗震验算，应采用罕遇地震下隔震支座的竖向力、水平力和力矩进行计算。本工程按规范要求对隔震支墩进行了抗剪、抗弯承载力验算，确保隔震设计能在罕遇地震下发挥隔震效果。
3.3.3 隔震层抗风承载力验算
根据《建筑抗震设计规范》[3]12.1.3条，采用隔震设计的建筑，风荷载产生的总水平力不宜超过结构总重力的10%。本结构风荷载的产生的总水平力为1,380KN，总重力93,785KN。风荷载仅为总重力的1.5%，满足规范要求。
4.隔震构造措施
隔震构造将影响建筑隔震效果的发挥。如隔震建筑四周有障碍物，地震来临时，上部建筑的运动将受到阻碍，隔震效果将大打折扣。因此《建筑抗震设计规范》[3] 12.2.7条规定：上部结构的周边应设置竖向隔离缝，缝宽不宜小于隔震橡胶支座在罕遇地震下的最大水平位移的1.2倍且不宜小于200mm。考虑到建筑面层的影响，且适当增大隔离缝宽度对工程造价影响不大，本工程隔离缝宽度定为350mm。
隔震支座上部结构和下部结构之间，设置了完全贯通的水平隔离缝，缝高20mm，并用柔性材料填充。隔震层处的管线均采用软连接。
5.经济分析
近年来已有不少人对不同类型的隔震建筑进行了经济分析[4-6]。本工程处于7（0.10g）地区，为乙类建筑，梁、柱均为二级构件，如果采用常规方法进行设计，上部结构截面和配筋率势必会很大。采用隔震技术后，上部结构地震荷载和构造措施均降低一度进行设计，显著减小了构件截面和配筋率，节省上部结构造价；另一方面，由于隔震层及相关附属构造的经济投入，扣除上部结构减小的造价后，每平米大概会增加造价 150元。考虑到地震后建筑物损伤修复的费用，隔震方案具有长远的经济效益。
6.结语
通过对该项目隔震计算与分析可以看出，建筑物采用隔震体系，使建筑物的周期延长、水平地震力减小，使建筑物的抗震性能显著提高，达到了抗震规范规定的抗震设防要求。由于隔震后结构所受地震作用降低，结构构件的含钢量和截面尺寸得到控制，有效的提高了建筑空间利用率。
参考文献
[1]成都凯德风尚高层建筑隔震设计与研究[J].建筑结构，2009,39（6）：93-97.
[2]GB 50223—2008建筑抗震设防分类标准[S].北京:中国建筑工业出版社，2008.
[3]GB 50011—2010 建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2010.
[4]党育，杜永峰，毕长松.隔震结构的经济分析[J].工程抗震与加固，2006(4):37-40.
[5]彭妮，熊仲明.隔震结构的经济分析及其应用[J].建筑结构学报，2006( 增刊 ):597-599.
[6]郭起剑，姜莹，战松梅.应用基础隔震技术的建筑工程造价分析 [J].世界地震工程，2006,22(4):116-120.
作者简介：伊永忠（1975.6）男，国家一级注册结构工程师，高级工程师，学士，从事结构施工图设计及审查工作。
论文作者:伊永忠,魏伟
论文发表刊物:《建筑知识》2017年10期
论文发表时间:2017/7/10
标签：结构论文; 支座论文; 建筑论文; 建筑物论文; 水平论文; 工程论文; 加速度论文; 《建筑知识》2017年10期论文;