本文摘要：摘要：隔震技術是在建筑物的基礎頂面或建筑物某個位置設置隔震裝置隔離或減小地震能量,以減少地震能量往上部結構傳輸,減小建筑物振動反應,來防止建筑物在地震中損壞。目前隨著隔震技術的發(fā)展，各國已經(jīng)越來越多的在建筑物中使用隔震技術。本文基于現(xiàn)狀，以某
摘要：隔震技術是在建筑物的基礎頂面或建筑物某個位置設置隔震裝置隔離或減小地震能量,以減少地震能量往上部結構傳輸,減小建筑物振動反應,來防止建筑物在地震中損壞。目前隨著隔震技術的發(fā)展，各國已經(jīng)越來越多的在建筑物中使用隔震技術。本文基于現(xiàn)狀，以某個工程進行分析，來探討隔震技術的效果。
關鍵詞：隔震結構;動力特性;時程分析;減震系數(shù);豎向承載力
0引言
基礎隔震是在建筑物的基礎和上部結構之間設置一個隔震層[1]，以控制地震能量向上部結構傳遞，使得發(fā)生地震時上部結構在基礎面上發(fā)生柔性滑動，從而延長結構的自振周期，使其避開場地土的卓越周期，進而有效降低結構的地震響應。由于多層或高層建筑結構的自振周期相對較小，采用隔震裝置延長結構的自振周期是十分有效的。
隔震裝置具備足夠的初始剛度，在風荷載和輕微地震作用下，體系具有足夠的彈性剛度，可以滿足正常使用要求;在強地震作用下，隔震墊水平向的剪切位移保證主體結構不發(fā)生傾覆且能完好地恢復至平衡位置;同時在強地震作用發(fā)生時，隔震裝置柔性滑動水平向發(fā)生反復的剪切變形或摩擦等亦可消耗地震能量。
1工程概況
澄江化石地博物館是云南省重點工程之一，建筑共6層(含隔震層)，頂點標高31.80m，總建筑面積16812.28m2。主體結構為鋼管混凝土框架結構體系，底層采用基礎隔震，局部位置設置屈曲約束支撐又稱防屈曲支撐(BRB即Buckling restrained brace)，該結構共采用了89個橡膠隔震支座、54個BRB。
結構設計使用年限為50年，抗震設防烈度為8度(0.20g)，設計地震分組為第三組，場地類別為Ι類，場地特征周期為0.35s，建筑結構抗震設防類別為重點設防類，結構重要性系數(shù)為1.1，鋼管混凝土框架抗震等級為一級。
2結構方案對比
在方案階段根據(jù)結構的重要性、設防烈度以及場地條件等因素，與傳統(tǒng)抗震設計的方案進行對比分析。采用傳統(tǒng)抗震設計方案時，由于結構荷載較大，導致梁柱的截面很大，如鋼管混凝土柱鋼管最大截面將達到1000×22，梁截面最大為H700×400×16×35，與建筑的使用功能不相適應，結構的截面越大，在地震時所吸收的地震能量也越大，這樣，帶來工程造價大幅度提高，結構扭轉位移比為1.29(Y向)，大于1.2，為扭轉不規(guī)則結構，其抗震性能和可靠度均達不到預期的目標，因此該工程采用消能減震設計非常必要。
根據(jù)工程情況，可以單獨采用BRB或橡膠隔震支座與BRB聯(lián)合設計方案。單獨采用BRB設計時，通過調(diào)整BRB位置及剛度使結構滿足規(guī)范要求，BRB在小震下僅為結構附加抗側剛度，在中震與大震下作為第一道防線首先耗能，有效減小結構構件損傷，保護主體結構，提高結構整體抗震性能。
當采用橡膠隔震支座與BRB聯(lián)合設計方案時，通過多次調(diào)整BRB位置，優(yōu)化隔震層參數(shù)，結構的扭轉反應得到有效的控制;上部結構的減震系數(shù)預期達到0.3左右，上部結構可按降低一度設計，上部結構的截面尺寸大大地減小，使用空間滿足要求，這樣在大幅度提高結構抗震性能的同時，還可獲得較好的經(jīng)濟性。最終確定以隔震為第一道防線、BRB為第二道防線的減震與隔震聯(lián)合設計方案。3減隔震結構設計
3.1隔震設計
隔震設計采用分部設計方法，將整個隔震結構分為上部結構、隔震層、下部結構及基礎等部分，并對各個部分進行設計。隔震層的設計是隔震性能目標實現(xiàn)的關鍵，因此選擇適當?shù)母粽鹬ё鶇?shù)和位置，隔震支座與上下支墩的連接方式是隔震設計中應當首先考慮的問題。該工程隔震層為鋼管混凝土框架結構，故采用“一柱一支座”的布置方法，即每根柱子下面布置一個隔震支座，共布置89個橡膠隔震支座，其中鉛芯橡膠隔震支座(LRB1000)54個，天然橡膠隔震支座(LNR1000)35個 。支座在選擇時應考慮下列因素:
(1)支座在重力荷載代表值下的壓應力應滿足規(guī)范限值的要求。工程的最大壓應力為11.8MPa，小于規(guī)范要求的限值12MPa(乙類建筑)。
(2)日本隔震設計規(guī)定隔震層在兩個主軸方向的偏心率應小于3%，我國抗規(guī)只是對隔震層的偏心率做出了定性的規(guī)定。隨著隔震層質(zhì)心與剛心的增大，上部結構的扭轉效應將增大，對于支座的拉應力及位移的控制不利。
(3)為保證抗風裝置的有效性和隔震裝置在多次地震作用后仍能保持較好的復位性能，隔震層要有足夠的水平承載力和彈性恢復力。考慮到地震動的隨機性，為獲得較為合理的分析結果，設防地震時程分析時選取5條天然波(BRA，LAD，NOR，SIL，TR2C)和2條人工波(REN1，REN2)，地震波的選取要考慮場地、數(shù)量、頻譜特性、持續(xù)時間以及統(tǒng)計意義上相符等要求。
3.2減震設計
本工程的減震設計采用BRB作為消能減震部件，按照“均勻、分散、對稱、周邊”的原則布置BRB，6層BRB布置平面圖，BRB在小震作用下保持彈性僅附加抗側剛度，使結構的剛度分布更加均勻，避免產(chǎn)生薄弱層，中震下BRB控制其塑性發(fā)展程度，大震下BRB進入較大的塑性耗能階段，達到中震少耗能和大震多耗能的目的，使其成為抗震第二道防線，先于主體結構進入塑性耗能階段，提高結構在罕遇或超罕遇地震作用下的抗震性能。
4減隔震結構分析
4.1結構動力特性分析
結構的動力特性可以對隔震方案提供重要信息，可以對模型的準確性進行進一步判斷。本文采用Ritz向量法計算出了隔震與非隔震結構前30階動力特性。計算表明，隔震結構前30階振型總的質(zhì)量參與系數(shù)X、Y方向均超過99%，前3階陣型屬于隔震層平動和扭轉，隔震層設計合理;非隔震結構前30階振型總的質(zhì)量參與系數(shù)超過99%，計算模型選取的模型階數(shù)足夠。隔震后2個主方向的基本周期分別為2.497 s和2.471 s，相差較小，表明隔震層剛度分布均勻，隔震支座布置較為合理。同時隔震結構基本平動周期較非隔震結構有較大延長，可達到較好的隔震效果。
4.2隔震層驗算
根據(jù)抗規(guī)要求，隔震結構應進行罕遇地震作用下隔震層的驗算，在罕遇地震作用下隔震裝置的水平位移不超過支座有效直徑的0.55倍和支座內(nèi)部橡膠總厚度(Tr)的3倍二者中的較小值，在水平和豎向地震組合工況下的拉應力最大值不應大于1MPa，罕遇地震作用下支座短期壓應力不應超過25MPa。罕遇地震作用下結構的隔震支座最大位移為307mm，小于規(guī)范要求的550mm;支座的拉應力最大值為0.7MPa，小于規(guī)范要求的1MPa，說明結構質(zhì)心與剛心相距較小，沒有傾覆的趨勢;支座在罕遇地震作用下的壓應力最大值14.76MPa，遠小于規(guī)范要求的25MPa，說明該工程的隔震支座布置合理，安全性較好。
4.3大震彈塑性分析及性能評估
根據(jù)抗規(guī)第5.5.2條規(guī)定，采用隔震設計的結構應進行罕遇地震作用下薄弱層的彈塑性驗算。采用SAP2000對結構進行大震彈塑性時程分析，通過定義梁柱的塑性鉸以模擬結構的非線性，遠小于規(guī)范限值1/50，說明結構在罕遇地震作用下具有良好的抗震性能，能夠滿足預期性能目標要求，且結構的安全儲備較高。罕遇地震作用下小部分構件開始進入塑性，少量框架梁出現(xiàn)塑性鉸，柱未出鉸，結構能夠較好地滿足“強柱弱梁”抗震性能目標。
建筑工程師評職知識：建筑結構論文發(fā)表技巧
5結論
(1)本工程采用分部設計法，減震系數(shù)取設防地震作用下隔震與非隔震各層層間剪力的最大比值0.296，上部結構可按降低一度進行設計，由于結構的復雜性，考慮了地震的最不利輸入方向的影響。
(2)本工程隔震層設計合理，各項指標滿足規(guī)范要求。隔震層偏心率小于3%，罕遇地震作用下隔震支座短期極大面壓小于25MPa，極大拉應力小于1MPa，最大位移小于0.55m，隔震支座安全儲備較高。
(3)BRB作為消能減震部件，根據(jù)等代斜桿的出力、截面尺寸及軸線長度對BRB進行設計，使BRB在小震下保持彈性，為結構提供抗側剛度，中震下控制其塑性發(fā)展程度，大震下其進入較大的塑性耗能階段，達到中震少耗能和大震多耗能的目標。
參考文獻：
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[3]芮明倬，李立樹，賀軍利，等.屈曲約束支撐在古北財富中心高層鋼結構中的應用研究[J].建筑結構，2007，37(5):25-28.
作者：何剛
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