某信息中心隔震分析設(shè)計(jì)

裴家明

【摘要】本文以實(shí)際工程為例，采用ETABS軟件對(duì)其進(jìn)行隔震分析設(shè)計(jì)。分析表明，隔震結(jié)構(gòu)的周期明顯增大，隔震層以上結(jié)構(gòu)的地震作用顯著降低，層間位移主要集中在隔震層。

【關(guān)鍵詞】隔震結(jié)構(gòu)；ETABS；橡膠隔震支座；罕遇地震

1、引言

隔震技術(shù)是一種新型安全有效的被動(dòng)控制減震技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)用于各類(lèi)建筑中，取得了良好的減震效果。隔震設(shè)計(jì)是指在房屋基礎(chǔ)、底部或下部結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置由橡膠隔震支座和阻尼裝置等組成具有整體復(fù)位功能的隔震裝置，從而延長(zhǎng)整個(gè)結(jié)構(gòu)的自振周期，遠(yuǎn)離場(chǎng)地卓越周期，減少輸入上部結(jié)構(gòu)的水平地震作用，達(dá)到預(yù)期減震的要求[1]。

2、工程實(shí)例

2.1 工程概況

本工程為框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防類(lèi)別為重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)（乙類(lèi)）。建筑總高度為14m，地上2層，地下為隔震層。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，地面粗糙度類(lèi)別為B類(lèi)，抗震設(shè)防烈度7度（0.1g）。

2.2 隔震支座的布置

根據(jù)《抗范》[2]和《橡膠支座 第3部分：建筑隔震橡膠支座》[3]中的要求，再由隔震支座廠家提供的支座參數(shù)（見(jiàn)表1），采用ETABS軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確定結(jié)構(gòu)采用直徑為700mm和900mm的橡膠隔震支座（其中LNR為普通橡膠隔震支座，LRB為鉛芯橡膠隔震支座）。

為了減小結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，將鉛芯隔震橡膠支座都布置在結(jié)構(gòu)的周邊，并考慮抗風(fēng)的要求，共布置了隔震支座24個(gè)，其中LRB700支座16個(gè)，LNR900支座8個(gè)，本工程隔震支座的平面布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 隔震支座平面布置圖

2.3 抗風(fēng)驗(yàn)算

采用PKPM計(jì)算結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用時(shí)的剪力，其隔震層在風(fēng)荷載作用下的剪力標(biāo)準(zhǔn)值為423kN，小于結(jié)構(gòu)總重力的10%，滿足規(guī)范要求；根據(jù)表1，可計(jì)算出鉛芯橡膠支座的屈服荷載，則γwVwk=1.4×423=592.2kN

2.4 動(dòng)力時(shí)程分析

采用ETABS建立模型，模型中梁、柱和樓板只考慮彈性，梁、柱采用桿單元，樓板采用膜單元，隔震支座則考慮非線性，橡膠支座采用塑性連接單元（Rubber isolator）模擬。

對(duì)非隔震結(jié)構(gòu)和隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行反應(yīng)譜分析，對(duì)比其抗震性能。由于反應(yīng)譜計(jì)算只能在彈性范圍內(nèi)進(jìn)行，所以隔震支座在計(jì)算模型中只提供水平方向和等效線性阻尼；而對(duì)于非線性動(dòng)力時(shí)程分析，隔震支座則定義為非線性連接屬性。

由表2可知，采用隔震結(jié)構(gòu)后結(jié)構(gòu)的周期明顯放大，因此反應(yīng)譜計(jì)算中結(jié)構(gòu)的地震作用會(huì)明顯減小。分別對(duì)非隔震結(jié)構(gòu)和隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，得到非隔震結(jié)構(gòu)和隔震結(jié)構(gòu)層間剪力比值最大值為0.308，因此隔震后結(jié)構(gòu)地震作用的地震影響系數(shù)為0.308×0.08/0.8=0.0308，可按6度地震影響系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)《抗規(guī)》[2]，可知采用隔震技術(shù)后上部結(jié)構(gòu)的抗震措施可降低1度設(shè)防進(jìn)行設(shè)計(jì)，但由于本工程抗震設(shè)防類(lèi)別為乙類(lèi)，故抗震措施仍按7度設(shè)防。

2.5 罕遇地震作用分析

對(duì)隔震結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下進(jìn)行計(jì)算分析，其在罕遇地震作用時(shí)隔震層的最大水平位移為114mm，按《抗規(guī)》[2]要求，豎向隔離縫寬度不宜小于隔震層在罕遇地震作用下最大水平位移的1.2倍，且不小于200mm，因此隔震縫寬不應(yīng)小于200mm；隔震支座容許位移：U=min{0.55d，3h}=min{0.55×900，3×180}=540（mm），式中d為隔震支座有效直徑；h為隔震支座橡膠層總厚度。因此，罕遇地震作用時(shí)隔震層最大水平位移114mm<540mm，滿足要求；通過(guò)對(duì)隔震結(jié)構(gòu)各種工況下軸向力進(jìn)行組合，可得到罕遇地震作用下隔震支座沒(méi)有出現(xiàn)拉力，滿足《抗規(guī)》[2]中隔震支座在罕遇地震作用下支座拉應(yīng)力不應(yīng)大于1MPa的要求。對(duì)隔震層支墩，驗(yàn)算其在罕遇地震下的抗剪承載力，滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)比非隔震結(jié)構(gòu)和隔震結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)防烈度7度（0.1g）地震作用下反應(yīng)譜分析結(jié)果和設(shè)防地震作用下、罕遇地震作用下動(dòng)力時(shí)程分析結(jié)果，可得出以下結(jié)論：

（1）隔震結(jié)構(gòu)的基本周期是非隔震結(jié)構(gòu)周期的3倍以上，通過(guò)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期減小了地震作用對(duì)隔震層以上結(jié)構(gòu)的影響。

（2）非隔震結(jié)構(gòu)與隔震結(jié)構(gòu)層間剪力比值最大值為0.308，計(jì)算出隔震結(jié)構(gòu)在多遇地震作用時(shí)地震影響系數(shù)為0.0308，可按6度地震影響系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。結(jié)構(gòu)抗震措施按設(shè)防烈度為7度執(zhí)行。

（3）隔震層隔震縫寬度不應(yīng)小于200mm。

（4）罕遇地震作用下，隔震支座受拉應(yīng)力、隔震層支墩抗剪承載力滿足規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)

[1]周福霖.工程結(jié)構(gòu)減震控制[M].北京，地震出版社，1997.

[2]GB50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB20688.3-2006，橡膠支座 第3部分：建筑隔震橡膠支座[S]