北京某上蓋工程隔震設計解讀

楊彥海 李玉龍

北規院弘都規劃建筑設計研究院有限公司 北京 100045

引言

隨著經濟的快速發展，城市用地緊張的問題近年來不斷加劇。同時，城市地鐵、軌道交通迅速發展，引發了人群的聚集效應，在地鐵站、車輛停車段等附近的土地更是寸土寸金，上蓋綜合開發在一定程度上緩解了城市用地緊張的問題[1]。

1 工程概況

北京某火車站動車所上蓋項目位于北京市，規劃總用地面積23.7公頃。總建筑規模約為44.92萬平方米。車輛段聯合庫及住宅由下部框架剪力墻及上部剪力墻結構組成。聯合庫主要柱網尺寸東西向為6.6m，南北向為16m～19m，總高度17.5m，共分為兩層，高度分別為12.5m 和5m。汽車庫蓋上，剪力墻住宅下面的轉換層層高1.5m，住宅層高2.8m，共18層，其中住宅開間約10m 左右，進深約13m。

剪力墻嵌固于裙房頂，無落地條件，此結構體系為高位轉換結構且上下剛度相差較大，豎向嚴重不規則。因此采用高位隔震結構體系，在住宅樓的底部設置隔震轉換層。可顯著減小上部剪力墻結構的地震反應，同時下部框架剪力墻結構也因上部結構地震反應的降低而改善其受力狀況，大大提高了整個結構體系的抗震性能。

本文選取一個結構單元進行隔震結構設計的說明。結構模型依據YJK建模得到，并用ETABS模型對比計算[2]。

2 計算過程

2.1 模型對比

將EATBS和YJK非隔震模型計算得到的質量和周期進行對比，結果如表1～表2所示。表中差值為：

表1 非隔震結構質量對比

表2 非隔震結構周期對比

由表1、2可知，ETABS模型與YJK模型的結構質量和周期差異都很小，同時比較各層剪力差異也很小。

2.2 地震波選取

《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）5.1.2條規定：采用時程分析法時，應按建筑場地類別和設計地震分組選用實際強震記錄和人工模擬的加速度時程，其中實際強震記錄的數量不應少于總數的2/3，多組時程的平均地震影響系數曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符。彈性時程分析時，每條時程計算的結構底部剪力不應小于振型分解反應譜計算結果的65%，多條時程計算的結構底部剪力的平均值不應小于振型分解反應譜法計算結果的80%。

本工程選取了實際5條強震記錄和2條人工模擬加速度時程，計算的基底剪力結果如表3所示。

表3 小震下地震波基底剪力與反應譜比值

2.3 隔震支座

本工程共使用了33個支座，支座型號包括有鉛心隔震支座LRB800-Ⅱ, LRB900-Ⅱ，LRB1000-Ⅱ和無鉛心橡膠支座LNR800-Ⅱ。隔震結構屈重比為0.026。

2.4 隔震前后周期對比

設防地震（中震）作用下，隔震結構與非隔震結構的周期對比見表4[3]。

表4 隔震前后結構的周期

2.5 中震作用下水平向減震系數

根據《建筑抗震設計規范》GB50011-2010第12.2.5條要求，對于高層建筑結構，水平向減震系數應計算隔震與非隔震各層傾覆力矩的最大比值及層間剪力的最大比值，取二者的較大值，根據計算結果水平向最大減震系數β=0.259，小于0.40，滿足水平地震力降低一度計算的要求，豎向地震及相關構造不降低。隔震后的上部結構地震影響系數最大值αmax1＝βαmax/ψ=0.259×0.16/0.85=0.058＜0.08。

2.6 罕遇地震（大震）分析

根據《建筑抗震設計規范》[4]GB 50011-2010 第12.2.9 條規定：隔震層的支墩、支柱及相連構件，滿足罕遇地震下隔震支座底部的豎向力、水平力和力矩的承載力要求；隔震層以下的地下室，滿足嵌固剛度比和隔震后設防地震的抗震承載力要求，并滿足罕遇地震下的抗剪承載力要求。本工程隔震支座下全部為支柱，需按罕遇地震驗算承載力。同時需驗算隔震支座在罕遇地震作用下位移在隔震支座允許范圍內，同時根據隔震層的最大位移確定隔震結構與非隔震的結構或物體之間的安全距離。

（1） 隔震層水平位移計算

經計算，隔震層最大水平位移298mm，小于0.55D=440mm（D為最小隔震支座直徑，本工程采用隔震支座最小直徑為800mm）及3Tr≥447mm（Tr為最小隔震支座的橡膠層總厚度）中的較小值，滿足要求。根據《抗規》12.2.7條規定：隔震結構應該采取不阻礙隔震層在罕遇地震下發生大變形的構造措施。上部結構的周邊應設置豎向隔離縫，縫寬不宜小于隔震橡膠支座在罕遇地震下的最大水平位移的1.2倍且不宜小于200mm。縫兩側均為隔震單體，縫寬不小于1200mm。上部結構和下部結構之間，應設置完全貫通的水平隔離縫，縫高可取20mm，并用柔性材料填充；當設置水平隔離縫確有困難時，應設置可靠的水平滑移墊層。

（2） 隔震支座拉應力驗算

根據《抗規》12.2.4條規定：隔震橡膠支座在罕遇地震的水平和豎向地震同時作用下，拉應力不應大于1.0Mpa。經計算，在罕遇地震作用下，支座最大拉應力為0.61Mpa，出現在7號支座LRB900-II。隔震支座拉應力滿足規范要求。

2.7 隔震層抗風承載力驗算

根據《抗震》12.1.3條，采用隔震的結構風荷載的產生的總水平力不宜超過結構總重力的10%，本結構總重力為868265 kN，風荷載的產生的總水平力為2543.1 kN，滿足要求。

3 結束語

本項目屬豎向嚴重不規則超限隔震結構，本文主要討論了隔震部分的結構設計。在常規整體計算基礎上，對結構進行動力彈塑性分析，深入了解結構在大震下的工作性能，確保主體結構滿足設計性能指標要求。結果表明工程采用隔震體系進行設計是可行的，可以達到預定的隔震目標。