平面不規(guī)則多層框架基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)及其控制

摘要： 平面不規(guī)則建筑易扭轉(zhuǎn)造成結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞，進行結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)分析和控制是這類結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。對此，本文開展了8度設(shè)防區(qū)的平面不規(guī)則多層框架模型仿真計算，建立了5個典型乙類建筑的平面L型四層框架隔震模型，設(shè)置結(jié)構(gòu)凸出分肢長度B和寬度W的比值分別為1∶1，1.5∶1，2∶1，2.5∶1和3∶1，分析了不同結(jié)構(gòu)的動力特性和地震響應(yīng)，探討了LRB剛度占比和隔震層剛心位置對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的影響，提出了結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的有效控制方法。結(jié)果表明：隨著凸出分肢長寬比B/W比值的增大，結(jié)構(gòu)X向扭轉(zhuǎn)逐漸增大，Y向扭轉(zhuǎn)逐漸減小。增大LRB剛度占比可減小結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，通過綜合控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)和結(jié)構(gòu)減震系數(shù)可得到合理的LRB剛度占比目標(biāo)，建議了8度地震條件下隔震層LRB剛度占比，同時隔震層剛心與上部結(jié)構(gòu)剛心布置于上部結(jié)構(gòu)質(zhì)心兩側(cè)可抑制平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞： 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)； 基礎(chǔ)隔震； 平面不規(guī)則； 扭轉(zhuǎn)控制； 仿真計算

中圖分類號： TU352.12""" 文獻標(biāo)志碼： A""" 文章編號： 1004-4523（2024）12-2021-13

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2024.12.004

收稿日期： 2024-06-28； 修訂日期： 2024-08-13

基金項目："國家自然科學(xué)基金資助項目（52378495， 51778149）；西南科技大學(xué)博士基金資助項目（23zx7162）；福建省建設(shè)科技研究開發(fā)項目（2023-k-46）。

引" 言

平面不規(guī)則框架結(jié)構(gòu)對扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較為敏感，即使較小的地震作用也可能引發(fā)結(jié)構(gòu)較大的扭轉(zhuǎn)位移，基礎(chǔ)隔震技術(shù)可降低結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)［1?4］；然而，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)平面不規(guī)則特性時，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)將成為隔震設(shè)計中不可忽視的關(guān)鍵因素。因此，針對平面不規(guī)則基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)開展研究顯得尤為重要。當(dāng)前，關(guān)于平面不規(guī)則隔震結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的研究主要聚焦于幾個方面：隔震層偏心率［5?8］、上部結(jié)構(gòu)偏心率［9?10］以及扭轉(zhuǎn)周期比［11?12］。

針對隔震層偏心率的研究，TENA?COLUNGA等［13］通過設(shè)置隔震層偏心距，發(fā)現(xiàn)隔震層偏心率將誘發(fā)隔震結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著的扭轉(zhuǎn)變形，非對稱系統(tǒng)相對于對稱系統(tǒng)的最大隔震層位移呈放大狀態(tài)。江宜城等［14］開展了針對隔震層單向偏心的基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)理論分析，認(rèn)為單向偏心隔震結(jié)構(gòu)如減小偏心率可抑制上部結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)。李宏男等［15］分析了偏心基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)偏心參數(shù)對結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響，指出偏心隔震結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)非常顯著。孫任武等［16］研究了一個L形平面不規(guī)則基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)反應(yīng)的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)當(dāng)結(jié)構(gòu)一主軸方向的偏心率較大時，會放大另一主軸方向的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

針對上部結(jié)構(gòu)偏心率的研究，劉鐵林等［17］研究正弦行波激勵對偏心結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響，結(jié)果表明，隨著上部結(jié)構(gòu)偏心率的增大，結(jié)構(gòu)的非耦聯(lián)扭轉(zhuǎn)自振頻率與固有頻率逐漸降低。王建強等［18］對上部結(jié)構(gòu)偏心的基礎(chǔ)滑移隔震模型開展研究，發(fā)現(xiàn)相較于剛度偏心，上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量偏心對結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)影響更為顯著。黃小寧等［19］研究上、下部結(jié)構(gòu)間偏心率變化對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的影響，發(fā)現(xiàn)隔震層剛心和上部結(jié)構(gòu)剛心的相對位置發(fā)生變化將對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響。

針對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期比的研究，賀進［20］開展了基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析，結(jié)果表明：在一定周期比范圍內(nèi)，扭轉(zhuǎn)周期較隔震層偏心率對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響更顯著。季菲菲［21］系統(tǒng)性統(tǒng)計扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響參數(shù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)周期比lt;0.6或gt;1.6時，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)主要受隔震層偏心率影響，當(dāng)0.6lt;周期比lt;1.6時，周期比對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響較大。

綜上所述，隔震結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)響應(yīng)的研究多以隔震層的偏心率、上部結(jié)構(gòu)的偏心率和周期比為控制變量，鮮有針對平面不規(guī)則程度對隔震結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)影響的研究。在實際工程中，平面不規(guī)則建筑多為內(nèi)走廊多跨框架的L型建筑，因此有必要開展不同平面不規(guī)則程度基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)模型的扭轉(zhuǎn)分析。本文通過開展不同平面不規(guī)則程度下框架基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的非線性動力時程分析，探究L型隔震結(jié)構(gòu)隨不規(guī)則程度的變化所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)特性及規(guī)律，引入層間扭轉(zhuǎn)角作為評價結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的補充指標(biāo)，提出可有效抑制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的量化控制指標(biāo)及方法。

1 隔震模型與隔震方案

1.1 隔震結(jié)構(gòu)信息

目前，中國中小學(xué)教學(xué)用房、醫(yī)療建筑等多層隔震建筑建設(shè)量大，其中不乏一定數(shù)量的L型建筑。本文研究對象和目標(biāo)是平面不規(guī)則多層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)及控制，為了使研究結(jié)果具有普適性，并能指導(dǎo)工程應(yīng)用，選取典型且具有工程實際意義的結(jié)構(gòu)進行研究。

設(shè)定建筑結(jié)構(gòu)為地上四層，建筑平面布置為L型，建筑高度為15.90 m（底層4.20 m，其余樓層3.90 m），乙類建筑，基本風(fēng)壓為0.5 kN/m2，場地類別為Ⅱ類，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本加速度為0.20g，隔震目標(biāo)為上部結(jié)構(gòu)降一度設(shè)計。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》3.4.3條及其條文說明［22］，平面凸角分肢長度B與相應(yīng)投影方向總尺寸Bmax的比值大于0.3即為平面不規(guī)則，因此共建立五個結(jié)構(gòu)模型，設(shè)置結(jié)構(gòu)凸出分肢長度B和寬度W的比值分別為1∶1，1.5∶1，2∶1，2.5∶1和3∶1，對應(yīng)的B/Bmax為0.45，0.56，0.63，0.68和0.71，均屬平面凸角不規(guī)則結(jié)構(gòu)。

為便于區(qū)分模型和下一步研究，將各分肢長寬比B/W下的結(jié)構(gòu)模型用模型編號表示，具體如表1所示。

進行結(jié)構(gòu)彈塑性分析，梁柱單元需設(shè)置塑性鉸，根據(jù)美國規(guī)范ASCE?13［23］，塑性鉸根據(jù)其變形程度劃分為AB（彈性段）、BC（強化段）、CD（卸載段）和DE（塑性段）4個階段。其中，柱單元選取纖維P?M2?M3鉸模擬，梁單元選取M3鉸模擬。同時，樓板選用膜單元模擬，隔震支座通過Rubber Isolator連接單元和Gap連接單元并聯(lián)實現(xiàn)［24］。以上選取的單元和參數(shù)能滿足結(jié)構(gòu)分析的需要。

結(jié)合表1，結(jié)構(gòu)平面柱網(wǎng)及隔震支座布置如圖1所示。共選用直徑500和600 mm兩種型號的橡膠支座，要求重力荷載代表值下豎向壓應(yīng)力限值為12 MPa，鉛芯橡膠支座（LRB）布置于隔震層外圍，天然橡膠支座（LNR）布置于隔震層內(nèi)部，所采用支座的參數(shù)和力學(xué)性能如表2所示。

經(jīng)過模態(tài)分析，隔震模型前3階周期如表3所示。從表3可得，5個模型各階周期相近即動力特性相近。

1.2 地震動參數(shù)

根據(jù)場地等條件，研究中選用7條地震波進行結(jié)構(gòu)的動力時程分析，其中5條是來自PEER（太平洋地震工程研究中心）數(shù)據(jù)庫的天然波（Loma Prieta；Chi?Chi， Taiwan；Northridge?01；Niigata， Japan；Imperial Valley?06），2條是北京筑信達(dá)工程咨詢公司開發(fā)的CiSDesignCenter生成的人工波（RG1；RG2）。圖2展示了7條地震波的反應(yīng)譜。

將上述地震波輸入結(jié)構(gòu)進行彈塑性動力時程分析，地震波分別沿X向和Y向單向輸入。調(diào)幅至200，400和600 cm/s2，分別對應(yīng)8度設(shè)防、罕遇和極罕遇地震動水平，結(jié)構(gòu)響應(yīng)結(jié)果取7條地震波的平均值。

2 結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析

2.1 結(jié)構(gòu)動力特性與扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的減震效果

根據(jù)結(jié)構(gòu)模態(tài)分析結(jié)果，列出5種不規(guī)則結(jié)構(gòu)的前3階模態(tài)信息，如表4所示。

通過分析表4結(jié)構(gòu)振型質(zhì)量參與系數(shù)，發(fā)現(xiàn)對比抗震結(jié)構(gòu)，隔震結(jié)構(gòu)的第1階振型和第2階振型平移質(zhì)量參與系數(shù)明顯增大，第3階振型扭轉(zhuǎn)質(zhì)量參與系數(shù)明顯增大，結(jié)構(gòu)的質(zhì)量參與系數(shù)之和在前3階達(dá)到99%以上，結(jié)構(gòu)高階振型響應(yīng)得到抑制，整體扭轉(zhuǎn)效應(yīng)減小，X向振型扭轉(zhuǎn)成分由平扭耦聯(lián)變?yōu)閱渭兤揭?，但結(jié)構(gòu)Y向平扭耦聯(lián)仍舊存在，表明結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)雖有所減輕但未得到完全抑制。

對比表4抗震結(jié)構(gòu)與隔震結(jié)構(gòu)的周期發(fā)現(xiàn)，隔震結(jié)構(gòu)的每一階周期均較抗震結(jié)構(gòu)明顯延長，扭轉(zhuǎn)周期比顯著減小，但隨結(jié)構(gòu)凸出分肢長寬比B/W的增大，抗震結(jié)構(gòu)和隔震結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期比基本不發(fā)生變化。抗震結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期比保持在0.92～0.94之間，均大于規(guī)范的限值0.9；隔震結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期比保持在0.81～0.82之間，遠(yuǎn)小于規(guī)范限值0.9，說明隔震層不僅可有效延長結(jié)構(gòu)的自振周期，同時可減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

為直觀地考察不規(guī)則結(jié)構(gòu)振型特征，以不規(guī)則B/W為2.5∶1的結(jié)構(gòu)為例，限于篇幅，僅列出隔震結(jié)構(gòu)前3階振型圖，如圖3所示。

中震作用下各模型的底部剪力比如表5所示，5個框架隔震模型底部剪力比均小于0.5，滿足上部結(jié)構(gòu)地震作用降一度考慮的性能目標(biāo)［25］。

2.2 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)分析

層間位移比指在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，樓層豎向構(gòu)件最大的層間位移與該樓層位移平均值的比值［22］。限于篇幅，圖4和5分別給出了兩種地震工況下地震動X向輸入和Y向輸入時結(jié)構(gòu)的層間位移比。分析圖4和5可得：

（1）隨地震峰值加速度（PGA）的增大，結(jié)構(gòu)層間位移比同步增大；

（2）結(jié)構(gòu)X向各層層間位移比隨著B/W的增大逐漸增大，模型GZKJ?3，GZKJ?2.5，GZKJ?2，GZKJ?1.5和GZKJ?1的層間位移比依次減小，且均小于規(guī)范限值1.2；

（3）結(jié)構(gòu)Y向各層層間位移比隨著B/W的增大逐漸減小，模型GZKJ?1，GZKJ?1.5，GZKJ?2，GZKJ?2.5的層間位移比依次減小，但均大于規(guī)范限值1.2，僅GZKJ?3的層間位移比小于1.2，但總體上表明框架隔震結(jié)構(gòu)在Y向發(fā)生了較大扭轉(zhuǎn)變形。

在進行隔震結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)分析時，主要根據(jù)上述扭轉(zhuǎn)周期比、層間位移比等控制指標(biāo)量化結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)程度。本文研究的主要對象是典型的L型隔震建筑，除了上述控制指標(biāo)外，特別提出了層間扭轉(zhuǎn)角（指相鄰樓層的扭轉(zhuǎn)角差值）作為補充指標(biāo)，但不是定量指標(biāo)，結(jié)果可供結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)分析參考。限于篇幅，圖6給出了兩種地震動Y向輸入工況下隔震結(jié)構(gòu)的層間扭轉(zhuǎn)角。由圖6可知，結(jié)構(gòu)在地震動Y向輸入時產(chǎn)生了更大扭轉(zhuǎn)變形，進一步分析可得：（1）各隔震模型計算的層間扭轉(zhuǎn)角均在隔震層出現(xiàn)最大值，產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)變形，并隨著樓層的升高，層間扭轉(zhuǎn)角逐漸減小，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)逐漸不明顯。（2）對比5個不規(guī)則模型，層間扭轉(zhuǎn)角隨著結(jié)構(gòu)B/W比值的增大呈現(xiàn)逐漸減小趨勢。

圖7和8分別展示了兩種地震工況下X向和Y向的隔震層支座位移。由圖7可知，X向支座位移按從大到小排序為GZKJ?3，GZKJ?2.5，GZKJ?2，GZKJ?1.5和GZKJ?1。相較于設(shè)防地震，罕遇地震時最大隔震支座位移放大110%～130%，極罕遇地震時放大至250%～270%。由圖8可知，Y向支座位移按從大到小排序為GZKJ?1，GZKJ?1.5，GZKJ?2，GZKJ?2.5和GZKJ?3。相較于設(shè)防地震，罕遇地震時最大隔震支座位移放大110%～150%，極罕遇地震時放大至270%～320%。因此，罕遇和極罕遇地震對隔震支座位移的放大效應(yīng)不容忽視。

對比圖7和8可得，X向隔震層支座位移變化較小，Y向隔震層支座位移變化較大。這是由于結(jié)構(gòu)X向剛度較大，在不同的B/W下，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)均較小，且各支座受力及水平位移均勻；結(jié)構(gòu)Y向剛度較小，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大，支座受力不均勻，致使支座間水平位移差距較大。

3 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)控制

上述基于周期比、位移比等控制指標(biāo)分析了不規(guī)則框架隔震結(jié)構(gòu)在不同地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)GZKJ?1模型在所有案例中扭轉(zhuǎn)最顯著，故選取GZKJ?1為對象進行地震時程分析，詳細(xì)分析LRB剛度占比和隔震層剛心位置對平面不規(guī)則隔震結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)控制的影響，并提出隔震結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)控制策略。

3.1 基于LRB剛度占比的扭轉(zhuǎn)控制

3.1.1 扭轉(zhuǎn)控制方法

使用直接設(shè)計法，計算得到結(jié)構(gòu)柱底和墻底軸力，初步確定隔震支座的數(shù)量與直徑。對GZKJ?1模型，選用直徑為500和600 mm兩種型號的隔震支座，優(yōu)先在結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)較大方向的外側(cè)布置鉛芯橡膠支座，其余位置采用天然橡膠支座。根據(jù)LRB剛度占比的不同，設(shè)計了6種不同布置方案（命名為A1～A6），各方案保持相近的偏心率，誤差在±0.30%以內(nèi)。LRB剛度占比α計算公式如下：

（1）

式中 "KR和KN分別表示LRB和LNR在剪應(yīng)變?yōu)?00%時的等效剛度，對應(yīng)參數(shù)取值見表2；NR和NN分別表示LRB和LNR的數(shù)量。

各布置方案的隔震層參數(shù)如表6所示，隔震支座平面布置方案如圖9所示。

3.1.2 結(jié)構(gòu)響應(yīng)與控制效果

（1）底部剪力比

表7給出了不同LRB剛度占比下結(jié)構(gòu)底部剪力比信息。由表7可知，隨LRB剛度占比增大，隔震層整體剛度增加，結(jié)構(gòu)周期減小，減震效果減弱。因此，X，Y向底部剪力比增大，X向最大底部剪力比達(dá)0.43。雖滿足降低一度設(shè)防目標(biāo)，但隔震效果下降。

（2）層間位移比

圖10給出了兩種地震工況下不同LRB剛度占比Y向?qū)娱g位移比曲線。由圖10可知，在保證隔震層偏心率基本不變的前提下，隨著LRB剛度比的增大，上部結(jié)構(gòu)和隔震層的層間位移比呈現(xiàn)逐漸減小的變化趨勢。

（3）層間扭轉(zhuǎn)角

圖11和12分別給出兩種地震工況下，上部結(jié)構(gòu)和隔震層不同LRB剛度占比下層間扭轉(zhuǎn)角的變化曲線。由圖11和12分析可知，隨著LRB剛度占比的不斷增大，上部結(jié)構(gòu)和隔震層層間扭轉(zhuǎn)角均逐漸減小。

綜上分析，框架隔震結(jié)構(gòu)增加隔震支座剛度占比，可減小結(jié)構(gòu)的層間位移比、降低層間扭轉(zhuǎn)角，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)逐漸降低，但結(jié)構(gòu)底部剪力比增大，結(jié)構(gòu)減震效果逐漸變差。隔震層LRB剛度占比對層間位移比和底部剪力比的影響如圖13所示。

對圖13進一步分析可知，框架隔震結(jié)構(gòu)通過合理地選取隔震支座數(shù)量及布置方式，底部剪力比余量較大，滿足結(jié)構(gòu)強度要求，為有效控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，在保證結(jié)構(gòu)層間位移比小于1.2及底部剪力比小于0.5的前提下，建議8度設(shè)防地震下，隔震層LRB剛度占比宜大于55%；8度罕遇地震下，隔震層LRB剛度占比宜大于66%；8度極罕遇地震下，隔震層LRB剛度占比宜大于73%。

3.2 基于隔震層剛心位置的扭轉(zhuǎn)控制

3.2.1 隔震層偏心率

保證原GZKJ?1模型隔震支座的個數(shù)、直徑不變，調(diào)整隔震層剛度中心以獲得不同的隔震層偏心率，為探究隔震層偏心率對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的控制作用，根據(jù)隔震層剛心位置的不同設(shè)計兩種支座布置方案（編號為B1和B2）。各布置方案的偏心率如表8所示，三種布置方案相應(yīng)的支座布置如圖14所示。

3.2.2 結(jié)構(gòu)響應(yīng)與控制效果

（1）底部剪力比

不同隔震層剛心位置下結(jié)構(gòu)底部剪力比信息如表9所示，各模型在X向和Y向的底部剪力比基本不發(fā)生變化，調(diào)整隔震層的偏心率對結(jié)構(gòu)減震效果基本不產(chǎn)生影響。

（2）層間位移比

兩種地震工況下不同隔震層剛心位置Y向?qū)娱g位移比曲線如圖15所示。試驗結(jié)果表明，隔震層偏心率減小，上部結(jié)構(gòu)和隔震層的層間位移比降低。反向設(shè)置隔震層的偏心率，上部結(jié)構(gòu)的位移比將進一步減小，而隔震層的層間位移比將增大，但均小于1.2的規(guī)范限值。

（3）層間扭轉(zhuǎn)角

圖16和17分別給出了兩種地震工況下，上部結(jié)構(gòu)和隔震層不同隔震層剛心位置下層間扭轉(zhuǎn)角的變化曲線。從圖16和17可知，隔震層偏心率的減小將引起結(jié)構(gòu)層間扭轉(zhuǎn)角同步減??；隔震層剛心和上部結(jié)構(gòu)剛心布置于上部結(jié)構(gòu)質(zhì)心兩側(cè)情況下的上部結(jié)構(gòu)層間扭轉(zhuǎn)角小于隔震層剛心和上部結(jié)構(gòu)剛心布置于上部結(jié)構(gòu)質(zhì)心同側(cè)的情況，但隔震層層間扭轉(zhuǎn)角將增大。

由以上分析可得，控制隔震層的剛度不變，僅調(diào)整隔震層的支座布置以減小隔震層偏心率，可減小結(jié)構(gòu)層間位移比及層間扭轉(zhuǎn)角；當(dāng)隔震層剛心與上部結(jié)構(gòu)剛心布置于上部結(jié)構(gòu)質(zhì)心兩側(cè)時，平面不規(guī)則隔震結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)層間位移比和層間扭轉(zhuǎn)角將降低，但隔震層的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)將增加?？偠灾?，在隔震設(shè)計時，可在保證隔震層扭轉(zhuǎn)位移比小于1.2的基礎(chǔ)上，減小隔震層的偏心率并將隔震層的剛心與上部結(jié)構(gòu)的剛心分居于上部結(jié)構(gòu)質(zhì)心的兩側(cè)。

4 結(jié)" 論

（1）平面不規(guī)則框架隔震結(jié)構(gòu)隨凸出分肢長寬比B/W的增大并不一定導(dǎo)致結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的加劇。對比5個不規(guī)則模型，無論是在8度設(shè)防、罕遇還是極罕遇地震作用下，隨著B/W比值的增大，結(jié)構(gòu)X向位移比逐漸增大，Y向位移比逐漸減小。X向扭轉(zhuǎn)變形由大到小依次為GZKJ?1，GZKJ?1.5，GZKJ?2，GZKJ?2.5和GZKJ?3；Y向扭轉(zhuǎn)變形由大到小依次為GZKJ?3，GZKJ?2.5，GZKJ?2，GZKJ?1.5和GZKJ?1。

（2）結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)判斷中可將層間扭轉(zhuǎn)角作為評判結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的補充指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，層間扭轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律同位移比變化趨勢一致，同時，層間扭轉(zhuǎn)角可直觀感受在不同強度地震作用下結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的變化和增降幅度。

（3）通過綜合控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)和結(jié)構(gòu)減震系數(shù)可得到合理的LRB剛度占比目標(biāo)。在滿足結(jié)構(gòu)層間位移比小于1.2和底部剪力比小于0.5的前提下，建議在8度設(shè)防、罕遇和極罕遇地震的條件下，隔震層LRB剛度占比宜分別大于55%，66%和73%。此建議可作為其余設(shè)防烈度條件的參考。

（4）當(dāng)隔震層剛心與上部結(jié)構(gòu)剛心布置于上部結(jié)構(gòu)質(zhì)心的兩側(cè)，平面不規(guī)則隔震結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)將降低，但隔震層扭轉(zhuǎn)效應(yīng)將增大。

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Torsion effect and control of foundation seismic isolation structure of plane irregular multi-layer frame structure

PAN Qin-feng1， LIN Huan-zhou2， XU Li-ying3， LU Li-xing4， WU Ying-xiong4，5， CAO Lin-kun6

（1. School of Civil Engineering， Fujian University of Technology，F(xiàn)uzhou 350118，China； 2. China Construction Fourth Engineering Division Corp.， Ltd.， Guangzhou 510630，China； 3. School of Civil Engineering and Architecture，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，China； 4. College of Civil Engineering，F(xiàn)uzhou University， Fuzhou 350108， China； 5. Fujian Provincial Key Laboratory on Multi-Disasters Prevention and Mitigation in Civil Engineering，F(xiàn)uzhou 350108，China； 6. Xiamen Kunneng Engineering Construction Co.，Ltd.， Xiamen 361001，China）

Abstract： Plane irregular buildings are prone to torsion and cause serious damage to the structure. The analysis and control of structural torsion effect is the key to this kind of structural design. In this regard， the simulation calculation of the planar irregular multi-story frame model in the 8-degree fortification zone was carried out， and the planar L-type four-story frame isolation model of five typical class B buildings was established. The ratios of the length B and width W of the protruding limbs of the structure were set to be 1∶1，1.5∶1，2∶1，2.5∶1 and 3∶1， respectively. The dynamic characteristics and seismic response of different structures were analyzed. The influence of the LRB stiffness ratio and the rigid center position of the isolation layer on the structural torsion was discussed， and the effective control method of structural torsion was proposed. The results show that with the increase of the length-width ratio B/W of the protruding limb， the X-direction torsion of the structure increases gradually， and the Y-direction torsion decreases gradually. Increasing the proportion of LRB stiffness can reduce the torsional effect of the structure. By comprehensively controlling the structural torsion and structural damping coefficient， a reasonable proportion of LRB stiffness can be obtained. The proportion of LRB stiffness of the isolation layer under the condition of 8 degrees earthquake is proposed. At the same time， the rigid center of the isolation layer and the rigid center of the superstructure are arranged on both sides of the mass center of the superstructure to suppress the torsion of the superstructure of the plane irregular structure.

Key words： reinforced concrete frame structure；base seismic isolation；irregular plane；torsional control；simulation calculations

作者簡介： 潘欽鋒（1975—），男，碩士，副教授。E-mail： phnpan@163.com。

通訊作者： 許立英（1981—），女，博士，講師。E-mail： lying_xu@126.com。