高層建筑隔震分析

(廣州大學 廣東 廣州 510006)

引言

隔震技術是在上部結構和下部結構之間設置隔震層，其中隔震層的剛度遠小于原結構的剛度，隔震建筑是通過延長建筑的自振周期，遠離地震動卓越周期，并通過上部和下部之間產生較大的位移，以降低上部結構的響應，提高建筑的安全性能。

本文通過ETABS通用有限元結構分析軟件對一高層框剪結構進行隔震分析，對比分析結構的隔震前后效果，為了方便文中將原結構模型成為原結構，隔震建筑稱為隔震結構

一、工程概況

本工程為鋼筋混凝土框剪結構，建筑結構為丙類；建筑設防烈度為八度，場地類別為Ⅱ類，基本地震加速度為0.2g,設計地震分組為二組，場地特征周期為0.35g;場地類別為Ⅱ類，風荷載體形系數為1.3，基本風壓為0.44KN/,隔震層上部結構為93.2m，按照現行《建筑抗震設計規范》進行隔震設計

二、隔震結構模型

本隔震建筑在基礎和上部之間設置隔震層，隔震層層高為2.1m,其中隔震支座采用鉛芯隔震支座和橡膠隔震支座，隔震支座布置偏心率<3%以及鉛芯屈服力要滿足抗風的要求，支座在重力荷載代表值作用下小于丙類建筑壓應力限制15Mpa；同時在罕遇地震作用下，隔震支座的水平位移小于支座有效直徑的0.55倍與支座內橡膠厚度3倍中二者的最大值，同時罕遇地震下支座的抗拉面壓小于1Mpa。

三、計算結果的比較與討論

采用時程分析時，按建筑場地類別和設計地震分組選用實際強地震波和人工模擬的加速度時程曲線分析，按《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)要求不應少于三條地震波，與規范地震影響系數在統計意義上相符的強地震4條，下圖給出七條地震波與規范反應譜的對比。本文選取一條天然地震波進行時程分析，對比分析X方向的減震效果，對比分析如下：

7條地震波與反應譜的對比

(一)自振周期。本工程在未設置隔震支座前，結構的自振周期約為2.555S，利用ETABS進行隔震設計，隔震支座連接單元用Isolate模擬，隔震支座以變形100%的等效剛度進行模態分析，對應的自振周期為4.968S，約為原結構的2倍。

(二)樓層剪力、基底彎矩。下圖表是樓層剪力的對比和降幅，從表中可以看出，隔震結構的X方向的基底剪力小于原結構的基底剪力，約為原結構的35%～40%，降幅約為1.6～1.8，這表明設置隔震支座可以抵消地震能量傳到上部結構，從而減少地震對建筑的破壞。

樓層剪力

(三)位移響應。下圖是原結構和隔震結構的側向位移以及層間位移角的對比，可以得出隔震結構層間位移角的降幅比較明顯，在側向位移方面，隔震結構側向位移比原結構要大，層間位移主要集中在隔震層上，但隔震結構上部平動效果明顯，且隔震結構的上部結構層間位移角降幅明顯，這表明設置隔震支座可以顯著降低結構的層間位移角，能有效降低地震對建筑結構的破壞

側向位移

X向層間位移角

四、結論

1、設置隔震支座后隔震結構的自振周期延長至原結構的2.1倍。

2、隔震建筑的上部結構的地震響應比抗震結構能有效的降低。

設置隔震支座后，隔震建筑能有效的滿足建筑的經濟性、有效性和可靠性，采取隔震技術上部結構設計比較合理，一般可以節約3%～20的成本,可以達到建筑的設防目標。