淺談建築結構的結構橡膠墊基礎隔震設計

0 引言

由於傳統的結構抗震主要依靠結構構件的開裂變形吸收地震能量，在中震和大震下不可避免地使建築物遭到破壞。隔震結構將整個結構物或其局部坐落在隔震層上，通過隔震層裝置的有效工作，延長整個結構體系的自振週期、增大阻尼、減小輸入上部結構的地震作用，達到預期的減震要求［1］。

結構橡膠墊基礎隔震體系是目前世界上應用最多的隔震體系，它通過在上部結構物底部與基礎頂面(或底部柱頂)之間設置建築隔震橡膠支座，使隔震層系統滿足承載、隔震、復位和耗能特性，從而達到隔震的`目的［2］。

本文 依 據 GB 50011—2010 建 築 抗 震 設 計 規 範［3］，運 用SAP2000 有限元軟件，選取一實際多層框架工程結構爲研究對象，利用減隔震技術，對該結構進行了橡膠支座隔震設計，使之抗震安全性得到了提高，且滿足建築結構抗震設計規範的要求。

1 工程概況

本工程爲一實際多層框架結構，結構共 6 層，無地下室。建築總高度爲 22． 95 m(不包括底層基礎埋置深度)，工程設計爲8 度抗震設防，三級框架，Ⅳ類場地，設計地震分組第一組，設計基本地震加速度值 0． 20g，執行 GB 50011—2010 建築抗震設計規範，反應譜特徵週期0． 65 s。通過建築設計可能性及性價比分析，該工程擬採用隔震技術，期望通過採用隔震措施，降低房屋的地震作用。

2 結構三維有限元數值建模

爲了研究該多層框架結構的動力特性，本文采用 SAP2000 有限元軟件建立了結構的三維有限元數值模型，數值建模過程中構件的材料性能參數［4］見表 1。有限元數值模型見圖 1，數值模型的節點總數爲 684 個，單元總數爲 1 426，其中含有框架單元1 024 個，殼單元 402 個。結構的東西方向爲 X 軸，南北方向爲 Y軸，豎向爲 Z 軸。

3 結構動力反應分析

本次數值模擬計算擬採用疊層橡膠支座，鑑於本工程結構無地下室，故採用基礎隔震體系，將隔震層設於上部結構與基礎之間。對結構模型進行模態分析［5］，得到結構的動力特性如表 2 所示。可以看出，結構第一階自振週期爲1． 04 s，沿結構剛度較弱的南北方向，結構所處工程場地的特徵週期爲 0． 65 s，因此，可以通過隔震設計來增大結構自振週期，這樣才能獲得很好的隔震效果。

本文數值模擬計算採用時程分析法分別對隔震前和隔震後的結構進行動力時程分析計算。按規範要求選取兩條天然強震記錄(記作 T1和 T2)和一條人工模擬地震波(記作 Ｒ)，其時域波形如圖 2 所示。計算時加速度時程的峯值按 8 度大震、中震和小震情況分別調整爲 400 cm/S，200 cm/S和 70 cm/S。進行時程分析時，分別將所選三條波的三個烈度(小震、中震和大震)對應的加速度時程沿剛度較弱的南北 Y 向輸入，以結構層間位移角爲參考，進行隔震設計分析。

隔震前後，結構層間位移角計算結果彙總於表3 和表4 中，圖3 給出了隔震前後層間位移角隨樓層的變化關係，結構隔震支座的選取參數和數量彙總於表 5 中。

從以上的計算結果可以看出，結構在隔震之前，大多數樓層的層間位移角超出了規範要求的限值，經過隔震處理後，所有樓層的最大層間位移角都滿足規範要求，由此看出本文的隔震設計非常成功。

4 結語

本文以某一實際多層框架工程結構爲研究對象，利用減隔震技術，對該結構進行了橡膠支座基礎隔震設計，使之抗震安全性得到了提高，且滿足建築結構抗震設計規範要求(8 度地震作用下的層間相對位移角滿足小震［1/550］、中震［1/250］、大震［1/50］的性能要求)，本文的研究工作可爲結構隔震設計及相關研究工作提供依據和建議，同時也可爲今後類似結構的隔震設計提供借鑑和參考。

參考文獻:

［1］ 呂西林． 建築結構抗震設計理論與實例［M］． 上海:同濟大學出版社，2011．

［2］ 黨 育，杜永峯，李 慧． 基礎隔震結構設計及施工指南［M］． 北京:中國水利水電出版社，2007．

［3］ GB 50011—2010，建築抗震設計規範［S］．