大底盤多塔結構的隔震設計

韓佳良+張興

[摘要]以唐山市某醫療項目為例，介紹了采用大底盤隔震技術建筑的設計方法，為隔震技術在醫療建筑設計中的運用積累了寶貴經驗。通過分析比較，闡明了隔震技術在高烈度區醫療建筑的設計中具有保證結構安全，提高建筑使用功能，降低建設成本等明顯優勢。

[關鍵詞]隔震技術；大底盤；設計；計算

隔震技術的初期應用主要集中在中、低層的基本周期短的結構中。隨著研究的深入和實際應用的需要，隔震技術逐漸向高層、超高層的應用發展，并且逐漸衍生出多種復雜的結構形式，大底盤多塔隔震結構就是其中的一類。

1工程概況

本課題基于唐山某醫院項目，該項目位于唐山市風景區南湖西片區內，緊鄰萬科南湖別墅住宅區，總用地面積58824.06㎡，包含醫療綜合大樓、傳染樓、制劑樓、后勤樓、液氧站五個子項，總建筑面積為147572㎡，其中地下為31469㎡，地上為116103㎡。本次采用隔震設計的建筑為醫療綜合大樓，隔震層設置在地下一層與首層之間，其總建筑面積為138888㎡，設有兩層地下室（部分設有一層地下室），各棟樓地下部分連為一體，地上部分在各樓之間設置防震縫互相脫開。

2隔震技術的優勢

2.1抗震設防的必要性

根據《唐山市防震減災管理條例》規定，2011年3月后，當地的醫院和學校地震作用均按9度計算，故本項目地震作用按照9度計算，且根據地勘報告顯示，本項目場地土類別為Ⅲ類場地，按照以上抗震設防的有關參數，混凝土常規結構體系已無法滿足本工程抗震設防要求，經過綜合比較，醫療綜合大樓采用隔震方案。

2.2建筑功能使用上的必要性

采用傳統的抗震結構體系（框架剪力墻結構或鋼結構）很難實現上述設防目標。即使采用傳統抗震結構加強抗震措施勉強達到上述目標，其結構構件的大小及布置也會嚴重影響建筑功能的布局，降低建筑面積的使用率，影響整體外立面效果。3隔震計算

本工程采用MidasGEN8.0進行非隔震模型時程分析與隔震模型時程分析，采用PKPM2012進行隔震后結構設計計算。其中A1，A3，A4，B1，B3，B5區域采用框架結構，A2，B2，B4，B6區域采用框架一剪力墻結構。

3.1大底盤隔震模型

醫療綜合樓首層以上以抗震縫分割為十個結構單體，若十個結構單體從首層斷開各自獨立采取隔震設計，則兩相鄰隔震單體之間須預留足夠大的水平隔震縫D（D≥相鄰隔震單體水平位移之和、且不小于400mm），而醫療綜合大樓從建筑使用功能上為一個獨立的綜合大樓，若以D值將十個單體逐個分離，同時保證整個大樓的連通性，勢必會嚴重影響建筑方案，故本次隔震設計結構采用以首層樓板為大底盤，首層以上設置抗震縫劃分十個單塔的隔振計算模型。

3.2隔震層位置

目前隔震設計分基礎隔震和層間隔震兩種方案。基礎隔震是將隔震支座放置于基礎之上，有效利用基礎剛度大的優點，將結構整體隔震，且結構體系中豎向交通核（混凝土核心筒）的構造處理極為方便，但為了形成隔離縫，須沿地下室外墻周邊再設置擋土墻，由此會大幅提高工程造價，嚴重削弱因隔震設計帶來的整體經濟效益。本工程含兩層地下室，若采取此種方法，本部分工程造價更會大幅提高。

層間隔震一般在首層以下設置隔震夾層，即首層及以上結構按照隔震設計，首層以下按照非隔震設計。隔震夾層在建筑功能上起到設備夾層的作用，且隔離縫僅需要在隔震夾層處設置，大大減小了擋土墻的工程量，故本工程的隔震設計采用層間隔震。

綜上所述，本工程的隔震計算模型是以首層樓板為大底盤的多塔隔震計算、采用在0.00～（-2.30）m設置隔震支座的層間隔震且局部結合基礎隔震（僅A2，B2，B4，B6區）。

3.3水平向減震系數計算

（1）隔震支座選擇，本工程為重點設防類建筑，根據《建筑抗震設計規范》GB50011-201012.2.3條，橡膠隔震支座在重力荷載代表值下豎向壓應力不應超過按12MPa。

（2）水平向減震系數計算原則，整體模型：按照時程分析方法，以設計基本地震加速度分別計算隔震與非隔震各層層間剪力的最大比值、隔震與非隔震各層傾覆力矩的最大比值，取以上兩者的最大值。

（3）單體模型，將單體模型分為單體高層模型和單體多層模型。首先將各單體按照體型、結構體系及T1一致的原則進行分組，每組選擇代表單體進行計算。對于單體高層模型，按照時程分析方法以設計基本地震加速度計算，比較各單體隔震與非隔震各層層間剪力的最大比值和隔震與非隔震各層傾覆力矩的最大比值，取以上兩者的最大值。對于單體多層模型，按照時程分析方法以設計基本地震加速度計算，比較各單體隔震與非隔震各層層間剪力的最大比值。

4大底盤多塔結構

4.1首層樓板的分析

本次隔震設計結構采用以首層樓板為大底盤，首層以上設置抗震縫劃分十個單塔的隔振計算模型，因需要協調地上多個單塔的位移變形，故對首層的剛度要求很高，本工程首層采用主梁加厚板結構體系，樓板350mm，主梁500mmx900mm，并以場地波JY-1進行罕遇地震下的時程分析計算，分析得知，首層樓板的平面內軸向拉應力基本在1.0～2.30MPa之間，常規現澆混凝土樓板無法滿足此軸向拉應力，故首層結構做預應力結構，控制樓板可承受的軸向拉應力大于等于3.0MPa。

4.2核心筒基礎隔震與層間隔震的協調變形

對這部分內容的分析模型全樓采用彈性板假定，保證基礎隔震的核心筒在-2.30m～隔震支座上節點整個高度上剪力墻變形的一致性，取同一投影位置的三個點，分析這三個節點在JY-1地震波罕遇地震（9度0.62g）作用下的位移函數。分析結果表明在絕大部分時間內變形是充分一致的，整個核心筒的抗側剛度完全可以滿足上述位移差的要求。

5結語

本文對大底盤多塔樓隔震建筑結構體系進行了系統的整理，對該結構體系進行了系統分析，并結合唐山某醫療項目詳細介紹了大底盤多塔隔震建筑的設計流程與設計要點，得到了對工程具有參考價值的結論。

（1）隔震結構在高烈度區重要建筑的設計中可以更好的使建筑物達到設防目標，提高建筑的使用要求和外觀效果。

（2）對于地下部分相連，地上分為較多單體的大底盤隔震建筑，可根據地下室的具體情況，選擇采用基礎隔震或層間隔震的設計方法，以節約成本。

（3）大底盤多塔隔震建筑對首層剛度有很高的要求，在設計中應選擇較大的樓板厚度與主梁截面，并應進行罕遇地震下的時程分析計算，保證結構安全。