唐山市某辦公樓基礎隔震研究

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。