劉學敏 錢浩然

(山西工程技術學院土木與建筑工程系，山西 陽泉 045000)

1 概述

建筑結構隔震技術的發(fā)展始于20世紀60年代，多年來，世界各國對此項技術開展了廣泛深入的研究，并取得了引人矚目的成果[1]。橡膠隔震支座是世界上普遍采用，技術成熟的隔震裝置。本文結合工程實際，對唐山某運動器械辦公樓進行了系統(tǒng)的隔震分析，內容包括設防地震和罕遇地震下隔震與非隔震上部結構的地震響應，并對結構的振動周期、層間剪力、隔震支座變形、支座耗能等進行了分析。

2 工程概況

本工程為框架結構辦公樓，總層數為6層，首層層高4.5 m，其余層層高3.9 m，為平面布置不規(guī)則結構，其抗震設防烈度為8度，設計基本加速度為0.2g，工程場地類別為Ⅲ類，設計地震分組為一組，抗震設防類別為丙類，其結構有限元模型如圖1所示。

隔震建筑的設防目標即要達到“小震不壞、中震不壞或輕微破壞、大震不喪失使用功能或可修”。初步確定本工程隔震目標，為設防地震時上部結構水平地震作用降低1度，在罕遇地震作用下可以減少構件塑性損傷，確保結構與人員安全[3]。

3 隔震分析

3.1 隔震支座布置

該辦公樓無地下室，需要在柱底設置隔震層，隔震層高為1.6 m。要求隔震層剛度中心宜與上部結構剛度中心重合，丙類建筑的橡膠隔震支座在重力荷載代表值的豎向壓應力不應超過15 MPa[2]。最后確定采用鉛芯橡膠支座(LRB400，LRB500)和天然橡膠隔震支座(RRB400，RRB500)共29個，為了減少結構的扭轉變形和水平位移，鉛芯橡膠支座布置在結構平面的四周[3]，見圖2。隔震支座參數如表1所示。

3.2 地震波選取

根據本地區(qū)所處場地類別和設計地震分組選擇了兩條天然波和一條人工波，其中一條天然波選用了適合三、四類場地，持續(xù)時間為19.19 s的南北向天津波，另一條為適合三類場地，持續(xù)時間為54 s的南北向EL-centro波，人工波通過標準反應譜生成。時程分析的結果取3條地震波反應的包絡值，見表2。

表1 隔震支座參數表

表2 地震作用基底剪力表

3.3 隔震結構動力特性

框架結構在柱底設置隔震支座后，結構成為具有較大變形能力延性抗震結構體系。在多遇地震下，橡膠支座具有足夠的水平剛度抵抗上部結構水平力，使結構產生較小的變形；在設防地震和罕遇地震下結構具有適當的剛度和變形能力，延長結構的固有自振周期，同時避開所在場地的特征周期，大大減弱了隔震層以上結構的水平地震作用，見表3，表4。

表3 結構前三階自振周期表

表4 設防地震作用下的樓層剪力表

上部結構的水平向減震系數為0.217，根據《建筑抗震設計規(guī)范》條文說明12.2.5中表7可知，隔震后該結構水平地震作用所對應的烈度可降低1度按7度(0.10g)進行計算，達到了預定目標。此外隔震層以上結構的總水平地震作用不得低于非隔震結構在6度設防時的總水平地震作用。

3.4 罕遇地震隔震層校核

罕遇地震作用下，鉛芯橡膠隔震支座取250%水平剪切變形時的等效剛度，時程分析所采用的地震加速度時程最大值為400 cm/s。隔震支座最大水平位移取三條地震波時程分析的包絡值，且該值不應超過有效直徑的0.55倍和橡膠層總厚度3倍二者的最小值。從表5中可以看出隔震支座最大水平位移均小于其允許的極限位移值，滿足規(guī)范要求。

為了較直觀地看橡膠隔震支座在大震下的耗能情況，以鉛芯橡膠支座HRB500為例，天津波作用下的滯回曲線，可以看出鉛芯橡膠支座在大震下的滯回曲線比較飽滿，隔震支座耗能性能良好，見圖3，圖4。

表5 隔震支座最大水平位移 mm

4 結語

采用基礎隔震技術后，上部結構的設防水準一般可降低1度，可減少一些結構的構造措施，及一些結構構件的尺寸或配筋，從而使上部結構能節(jié)約部分工程造價:1)本工程采用橡膠隔震支座后，結構前三階振動周期得到明顯延長，隔震后第一階自振周期為隔震前的2.7倍，這有效避開了地震波中的高頻成分，從而大大減小了地震響應。2)設置橡膠隔震支座后，結構的水平變形主要集中隔震層，上部結構變形很小，上部結構的地震響應被大大減小，類似于整體平動，上部結構的水平向減震系數為0.217，相應的設防烈度可按降低1度計算。3)在罕遇地震作用下，隔震支座最大水平位移值均小于支座有效直徑的0.55倍和橡膠層總厚度3倍二者的較小值，且支座的滯回曲線較飽滿耗能良好。