建筑结构的结构橡胶垫基础隔震设计

　　0 引言

　　由于传统的结构抗震主要依靠结构构件的开裂变形吸收地震能量，在中震和大震下不可避免地使建筑物遭到破坏。隔震结构将整个结构物或其局部坐落在隔震层上，通过隔震层装置的有效工作，延长整个结构体系的自振周期、增大阻尼、减小输入上部结构的地震作用，达到预期的减震要求［1］。

　　结构橡胶垫基础隔震体系是目前世界上应用最多的隔震体系，它通过在上部结构物底部与基础顶面(或底部柱顶)之间设置建筑隔震橡胶支座，使隔震层系统满足承载、隔震、复位和耗能特性，从而达到隔震的目的［2］。

　　本文 依 据 GB 50011—2010 建 筑 抗 震 设 计 规 范［3］，运 用SAP2000 有限元软件，选取一实际多层框架工程结构为研究对象，利用减隔震技术，对该结构进行了橡胶支座隔震设计，使之抗震安全性得到了提高，且满足建筑结构抗震设计规范的要求。

　　1 工程概况

　　本工程为一实际多层框架结构，结构共 6 层，无地下室。建筑总高度为 22． 95 m(不包括底层基础埋置深度)，工程设计为8 度抗震设防，三级框架，Ⅳ类场地，设计地震分组第一组，设计基本地震加速度值 0． 20g，执行 GB 50011—2010 建筑抗震设计规范，反应谱特征周期0． 65 s。通过建筑设计可能性及性价比分析，该工程拟采用隔震技术，期望通过采用隔震措施，降低房屋的地震作用。

　　2 结构三维有限元数值建模

　　为了研究该多层框架结构的动力特性，本文采用 SAP2000 有限元软件建立了结构的三维有限元数值模型，数值建模过程中构件的材料性能参数［4］见表 1。有限元数值模型见图 1，数值模型的节点总数为 684 个，单元总数为 1 426，其中含有框架单元1 024 个，壳单元 402 个。结构的东西方向为 X 轴，南北方向为 Y轴，竖向为 Z 轴。

　　3 结构动力反应分析

　　本次数值模拟计算拟采用叠层橡胶支座，鉴于本工程结构无地下室，故采用基础隔震体系，将隔震层设于上部结构与基础之间。对结构模型进行模态分析［5］，得到结构的动力特性如表 2 所示。可以看出，结构第一阶自振周期为1． 04 s，沿结构刚度较弱的南北方向，结构所处工程场地的特征周期为 0． 65 s，因此，可以通过隔震设计来增大结构自振周期，这样才能获得很好的隔震效果。

　　本文数值模拟计算采用时程分析法分别对隔震前和隔震后的结构进行动力时程分析计算。按规范要求选取两条天然强震记录(记作 T1和 T2)和一条人工模拟地震波(记作 Ｒ)，其时域波形如图 2 所示。计算时加速度时程的峰值按 8 度大震、中震和小震情况分别调整为 400 cm/S²，200 cm/S²和 70 cm/S²。进行时程分析时，分别将所选三条波的三个烈度(小震、中震和大震)对应的加速度时程沿刚度较弱的南北 Y 向输入，以结构层间位移角为参考，进行隔震设计分析。

　　隔震前后，结构层间位移角计算结果汇总于表3 和表4 中，图3 给出了隔震前后层间位移角随楼层的变化关系，结构隔震支座的选取参数和数量汇总于表 5 中。

　　从以上的计算结果可以看出，结构在隔震之前，大多数楼层的层间位移角超出了规范要求的限值，经过隔震处理后，所有楼层的最大层间位移角都满足规范要求，由此看出本文的隔震设计非常成功。

　　4 结语

　　本文以某一实际多层框架工程结构为研究对象，利用减隔震技术，对该结构进行了橡胶支座基础隔震设计，使之抗震安全性得到了提高，且满足建筑结构抗震设计规范要求(8 度地震作用下的层间相对位移角满足小震［1/550］、中震［1/250］、大震［1/50］的性能要求)，本文的研究工作可为结构隔震设计及相关研究工作提供依据和建议，同时也可为今后类似结构的隔震设计提供借鉴和参考。

　　参考文献:

　　［1］ 吕西林． 建筑结构抗震设计理论与实例［M］． 上海:同济大学出版社，2011．

　　［2］ 党 育，杜永峰，李 慧． 基础隔震结构设计及施工指南［M］． 北京:中国水利水电出版社，2007．

    ［3］ GB 50011—2010，建筑抗震设计规范［S］．