江蘇銀行宿遷分行結構隔震設計Structural Seismic Isolation Design of Suqian Branch,Bank of Jiangsu

許楚平（江蘇省建筑設計研究院有限公司，江蘇南京210019）

江蘇銀行宿遷分行結構隔震設計
Structural Seismic Isolation Design of Suqian Branch,Bank of Jiangsu

許楚平
（江蘇省建筑設計研究院有限公司，江蘇南京210019）

該文詳細分析了江蘇銀行宿遷分行結構隔震設計的全過程。首先進行了結構隔震必要性的分析，其次采用ETABS程序對隔震結構進行多遇地震作用下時程分析，對結構整體抗震性能進行評價。最后作出罕遇地震作用下的性能評估。分析結果表明：隔震結構具有良好的抗震性能，罕遇地震作用下抗震性能表現良好。

隔震；多遇地震；性能評估

1　工程簡介

圖1　江蘇銀行宿遷分行實景圖

江蘇銀行宿遷分行位于江蘇省宿遷市，總建筑面積約為15600m2，其中地上建筑面積為13200萬m2，地下建筑面積為2400 m2。主體建筑為地上一棟主樓、裙房及一層地下車庫（局部為人防，層高為4.7m）組成，地上主樓與裙房間不設縫連為一體。主體建筑地上16層及地下1層，其中地上1、2、16層層高5.0m，4層層高4.2m及3、5-15層高3.5m，主體建筑總高度61.2m；主要功能為營業、辦公及業務用房等，詳見圖1。

該工程主體結構采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構。根據《建筑抗震設計規范》GB50011-2010（以下簡稱“抗規”），宿遷市抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度為0.30g，設計地震分組為第一組，水平地震影響系數αmax取值：小震0.24，中震0.68，大震1.20。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010第3.3.1規定，該工程主樓房屋高度61.2m不超過框架-剪力墻結構體系的A級最大高度（80m），屬一般高層建筑工程，其抗震設防類別為丙類，建筑場地類別為Ⅲ類。工程2層平面及標準層平面分別詳見圖2、圖3。

圖二　層平面圖

圖3　標準層平面圖

初步設計分析顯示，由于宿遷市為地震高烈度區，地震作用較大，按建筑使用功能布置剪力墻，層間位移不能滿足規范要求，且大部分構件超筋。傳統的利用框架和剪力墻的承載力及延性來抵抗地震作用的設計方法，已不能滿足現有規范要求。該工程采用了在上部結構與地下室之間設置由橡膠隔震支座及阻尼器組成的隔震層，隔斷地面傳來的地震作用，使之不易傳入主體結構；作用于上部結構的地震作用降低，相應減小了結構的層間地震剪力及層間位移角，可滿足規范設計要求，并可提高結構的抗震性能。江蘇銀行宿遷分行抗震設計概況等詳見文獻［1］。

2　隔震設計

2.1可行性及必要性的分析

根據初步設計分析計算，工程若按照傳統方法設計，因層間位移較大，需要增設較多的抗震墻，才能滿足規范要求，這樣勢必影響了建筑的正常使用功能，而且大部分構件超筋，抗震性能不佳。如采用隔震技術可以有效解決上述問題。隔震技術已在國際上得到廣泛應用，如日本新建建筑幾乎都要采用隔震技術，不少國家對隔震技術進行了深入地研究，并制定了相關的設計指南或設計規程［3-7］，我國2010版“抗規”也取消了2001版“抗規”要求采用隔震技術的結構周期小于1S的規定［2］，為高層結構采用隔震技術提供了更廣泛的空間。因此，根據國內外隔震技術研究和工程實踐經驗，在該工程中采用隔震技術是可行的且必要的。

2.2建立計算模型

工程上部結構設計采用SATWE軟件，隔震設計采用有限元軟件ETABS，利用ETABS軟件中的連接單元模擬隔震支座建立了該工程的隔震結構計算模型。

首先采用SATWE軟件與ETABS軟件對工程非隔震結構模型（詳見圖4）進行計算分析，結果顯示，ETABS模型和SATWE模型質量誤差率最大為3.0%，前6階自振周期誤差率最大為4.5%，結構層間剪力誤差率最大為3.9%。上述數據表明，ETABS軟件建立的計算模型可靠，可以采用該模型進行結構隔震分析計算，為工程隔震設計提供依據。

圖4　計算模型圖

2.3隔震支座的布置及性能參數

工程在上部結構與地下室之間設置由橡膠隔震支座、阻尼器等部件組成的隔震層，主要目的是利用其整體復位功能，以延長整個結構的自振周期，減少輸入上部結構的水平地震力的作用，以達到預期抗震設防的要求［2］。工程采用隔震結構后預期主要抗震性能如下：（1）上部結構按宿遷市抗震設防烈度降低一度（7度、0.15g）設計；（2）大震時上部結構層間位移角不大于1/100。

根據“抗規”要求及該工程預期抗震設防目標布置隔震裝置（橡膠隔震支座、阻尼器），隔震裝置布置原則：（1）平面布置應規則、對稱，盡量縮小質心與剛心距離，減少結構的扭轉效應；（2）各隔震支座下壓應力均勻，且重力代表值作用下隔震橡膠支座的壓應力不宜大于10MPa；（3）隔震裝置應具有足夠的初始剛度確保結構在風荷載、較小地震或其他非地震水平荷載作用下的穩定性，且隔震支座屈服后也能提供了一定的水平剛度，使結構在罕遇地震作用下也能抵御地震作用，提高結構的抗震性能。

工程隔震裝置數量和分布經多輪結構時程分析及優化，最終在隔震層布置了鉛芯橡膠支座（LRB）及無鉛芯橡膠支座（RB）共38個，粘滯阻尼器共7組。隔震支座布置平面詳見圖5，隔震支座參數詳見表1。與非隔震結構相比，隔震層剛度大幅度降低，地震響應將大幅度降低。

圖5　隔震支座布置平面

2.4隔震結構時程分析

根據“抗規”的要求選用了8條地震波（6條天然波+2條人工波），并采用非線性時程分析方法分別對工程非隔震模型和隔震模型，在8度多遇地震（水平地震影響系數αmax為0.24）的作用下進行計算分析。分析結果表明，工程采用的隔震結構方案在8度多遇地震作用下，X及Y向的樓層層間位移角均不大于1/ 800，滿足“抗規”的要求，并對采用隔震結構前后樓層剪力進行對比，詳見表2。

對比結果顯示隔震效果明顯，其中X向樓層剪力最大比值為0.340，Y向樓層剪力最大比值為0.343，所以，水平減震系數為0.343＜0.4，根據“抗規”，工程隔震層以上結構的水平向減震系數取為0.5是合理可靠的，隔震層以上結構可按設防烈度7度（0.15g）進行設計，實現了降低1度地震作用的設計目標。同理，采用SATWE軟件對上部結構在多遇地震作用下的響應分析時，水平地震影響系數最大值取0.12，也是安全可靠的。

表1　隔震支座參數

3　隔震結構罕遇地震彈塑性分析

按“抗規”第5.5.2要求，采用ETABS軟件對隔震結構在罕遇地震作用下的響應進行了彈塑性時程分析，結果表明在罕遇地震作用下，結構層間位移角最大值小于1/100，隔震結構滿足預期抗震性能目標。又分別對各隔震支座在罕遇地震作用下的短期最大及最小面壓進行了校核，結果表明，各隔震支座的短期面壓均滿足規范及產品性能要求。

表2　隔震結構和非隔震結構地震樓層剪力對比表

4　隔震結構支墩設計

按“抗規”第12.2.9要求，將罕遇地震作用下各隔震支座的最大軸力、剪力及附加彎矩（軸力與支座最大位移/2的乘積）作用于支墩及地下結構之上，進行支墩及地下結構抗震設計。

5　隔震結構的構造措施

按“抗規”第12.2.1要求，該工程上部結構與周邊固定物設置了豎向隔離縫，縫寬大于500mm，滿足了各隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移值的1.2倍；所有穿越隔震層的樓電梯均設置了完全貫通的水平隔離縫，縫高20mm；所有穿越隔震層的設備豎向管線均采用柔性連接等。

目前工程已竣工并投入使用，不僅抗震性能得到了很大的提高，而且取得了良好的社會效益與經濟效益，深得業主滿意。

6　結論

（1）高烈度地震區采用隔震結構，可較大程度地減小輸入上部結構的水平地震作用，已達到預期防震的目標。

（2）采用隔震結構后，框架、剪力墻等構件斷面尺寸及數量將減少，配筋量也大幅度降低。增加了建筑使用面積，經濟效益明顯。

（3）通過合理布置隔震裝置（隔震支座、阻尼器），上部結構的水平向減震系數可達到0.5，可實現隔震層以上結構按本地區設防烈度降低一度進行抗震設計的目標。

［1］杜東升，王曙光，劉偉慶.江蘇銀行宿遷分行營業辦公樓基礎隔震分析報告［R］.南京工業大學工程抗震研究中心，2009.

［2］GB50011-2010建筑抗震設計規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2010.

［3］鹿島都市防災研究會（日）.制震·免震技術［M］.日本鹿島：鹿島出版會，1996.

［4］武田壽一（日）.建筑物隔震防振與控振［M］.紀曉惠，陳良，鄢寧，等，譯.北京：中國建筑工業出版社，1997：23-147.

［5］日本免震構造協會.圖解隔震結構入門［M］.葉列平，譯.北京：科學出版社，1998.

［6］蘇鍵，溫留漢·黑沙，周福霖.高層隔震建筑性能分析［J］.建筑結構，2009，39（11）：45-47.

［7］日本建筑學會.隔震結構設計［M］.劉文廣，譯.北京：地震出版社，2006.

責任編輯：孫蘇，李紅

Thispaper analyzes in detail thewhole process of structural seism ic isolation design of Suqian Branch,Bank of Jiangsu.Thenecessity of structuralseismic isolation design is firstly analyzed,then ETABS program isadopted to perform the time-history analysison seismic isolated structure under the frequentearthquake level to evaluate the seism ic performanceof the entire structure.Finally the performanceof the structure under rare earthquake is evaluated.Theanalysis shows thatthe seismic isolated structurehasgood seismic performance even under rareearthquake.

seismic isolation;frequentearthquake;performance evaluation

TU37

A

1671-9107（2016）10-0023-04

10.3969/j.issn.1671-9107.2016.10.023

2016-07-14

許楚平（1964-），男，江蘇南京人，本科，高級工程師，主要從事建筑結構設計工作。