江苏银行宿迁分行结构隔震设计Structural Seismic Isolation Design of Suqian Branch,Bank of Jiangsu

许楚平（江苏省建筑设计研究院有限公司，江苏南京210019）

江苏银行宿迁分行结构隔震设计
Structural Seismic Isolation Design of Suqian Branch,Bank of Jiangsu

许楚平
（江苏省建筑设计研究院有限公司，江苏南京210019）

该文详细分析了江苏银行宿迁分行结构隔震设计的全过程。首先进行了结构隔震必要性的分析，其次采用ETABS程序对隔震结构进行多遇地震作用下时程分析，对结构整体抗震性能进行评价。最后作出罕遇地震作用下的性能评估。分析结果表明：隔震结构具有良好的抗震性能，罕遇地震作用下抗震性能表现良好。

隔震；多遇地震；性能评估

1　工程简介

图1　江苏银行宿迁分行实景图

江苏银行宿迁分行位于江苏省宿迁市，总建筑面积约为15600m2，其中地上建筑面积为13200万m2，地下建筑面积为2400 m2。主体建筑为地上一栋主楼、裙房及一层地下车库（局部为人防，层高为4.7m）组成，地上主楼与裙房间不设缝连为一体。主体建筑地上16层及地下1层，其中地上1、2、16层层高5.0m，4层层高4.2m及3、5-15层高3.5m，主体建筑总高度61.2m；主要功能为营业、办公及业务用房等，详见图1。

该工程主体结构采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构。根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（以下简称“抗规”），宿迁市抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.30g，设计地震分组为第一组，水平地震影响系数αmax取值：小震0.24，中震0.68，大震1.20。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第3.3.1规定，该工程主楼房屋高度61.2m不超过框架-剪力墙结构体系的A级最大高度（80m），属一般高层建筑工程，其抗震设防类别为丙类，建筑场地类别为Ⅲ类。工程2层平面及标准层平面分别详见图2、图3。

图二　层平面图

图3　标准层平面图

初步设计分析显示，由于宿迁市为地震高烈度区，地震作用较大，按建筑使用功能布置剪力墙，层间位移不能满足规范要求，且大部分构件超筋。传统的利用框架和剪力墙的承载力及延性来抵抗地震作用的设计方法，已不能满足现有规范要求。该工程采用了在上部结构与地下室之间设置由橡胶隔震支座及阻尼器组成的隔震层，隔断地面传来的地震作用，使之不易传入主体结构；作用于上部结构的地震作用降低，相应减小了结构的层间地震剪力及层间位移角，可满足规范设计要求，并可提高结构的抗震性能。江苏银行宿迁分行抗震设计概况等详见文献［1］。

2　隔震设计

2.1可行性及必要性的分析

根据初步设计分析计算，工程若按照传统方法设计，因层间位移较大，需要增设较多的抗震墙，才能满足规范要求，这样势必影响了建筑的正常使用功能，而且大部分构件超筋，抗震性能不佳。如采用隔震技术可以有效解决上述问题。隔震技术已在国际上得到广泛应用，如日本新建建筑几乎都要采用隔震技术，不少国家对隔震技术进行了深入地研究，并制定了相关的设计指南或设计规程［3-7］，我国2010版“抗规”也取消了2001版“抗规”要求采用隔震技术的结构周期小于1S的规定［2］，为高层结构采用隔震技术提供了更广泛的空间。因此，根据国内外隔震技术研究和工程实践经验，在该工程中采用隔震技术是可行的且必要的。

2.2建立计算模型

工程上部结构设计采用SATWE软件，隔震设计采用有限元软件ETABS，利用ETABS软件中的连接单元模拟隔震支座建立了该工程的隔震结构计算模型。

首先采用SATWE软件与ETABS软件对工程非隔震结构模型（详见图4）进行计算分析，结果显示，ETABS模型和SATWE模型质量误差率最大为3.0%，前6阶自振周期误差率最大为4.5%，结构层间剪力误差率最大为3.9%。上述数据表明，ETABS软件建立的计算模型可靠，可以采用该模型进行结构隔震分析计算，为工程隔震设计提供依据。

图4　计算模型图

2.3隔震支座的布置及性能参数

工程在上部结构与地下室之间设置由橡胶隔震支座、阻尼器等部件组成的隔震层，主要目的是利用其整体复位功能，以延长整个结构的自振周期，减少输入上部结构的水平地震力的作用，以达到预期抗震设防的要求［2］。工程采用隔震结构后预期主要抗震性能如下：（1）上部结构按宿迁市抗震设防烈度降低一度（7度、0.15g）设计；（2）大震时上部结构层间位移角不大于1/100。

根据“抗规”要求及该工程预期抗震设防目标布置隔震装置（橡胶隔震支座、阻尼器），隔震装置布置原则：（1）平面布置应规则、对称，尽量缩小质心与刚心距离，减少结构的扭转效应；（2）各隔震支座下压应力均匀，且重力代表值作用下隔震橡胶支座的压应力不宜大于10MPa；（3）隔震装置应具有足够的初始刚度确保结构在风荷载、较小地震或其他非地震水平荷载作用下的稳定性，且隔震支座屈服后也能提供了一定的水平刚度，使结构在罕遇地震作用下也能抵御地震作用，提高结构的抗震性能。

工程隔震装置数量和分布经多轮结构时程分析及优化，最终在隔震层布置了铅芯橡胶支座（LRB）及无铅芯橡胶支座（RB）共38个，粘滞阻尼器共7组。隔震支座布置平面详见图5，隔震支座参数详见表1。与非隔震结构相比，隔震层刚度大幅度降低，地震响应将大幅度降低。

图5　隔震支座布置平面

2.4隔震结构时程分析

根据“抗规”的要求选用了8条地震波（6条天然波+2条人工波），并采用非线性时程分析方法分别对工程非隔震模型和隔震模型，在8度多遇地震（水平地震影响系数αmax为0.24）的作用下进行计算分析。分析结果表明，工程采用的隔震结构方案在8度多遇地震作用下，X及Y向的楼层层间位移角均不大于1/ 800，满足“抗规”的要求，并对采用隔震结构前后楼层剪力进行对比，详见表2。

对比结果显示隔震效果明显，其中X向楼层剪力最大比值为0.340，Y向楼层剪力最大比值为0.343，所以，水平减震系数为0.343＜0.4，根据“抗规”，工程隔震层以上结构的水平向减震系数取为0.5是合理可靠的，隔震层以上结构可按设防烈度7度（0.15g）进行设计，实现了降低1度地震作用的设计目标。同理，采用SATWE软件对上部结构在多遇地震作用下的响应分析时，水平地震影响系数最大值取0.12，也是安全可靠的。

表1　隔震支座参数

3　隔震结构罕遇地震弹塑性分析

按“抗规”第5.5.2要求，采用ETABS软件对隔震结构在罕遇地震作用下的响应进行了弹塑性时程分析，结果表明在罕遇地震作用下，结构层间位移角最大值小于1/100，隔震结构满足预期抗震性能目标。又分别对各隔震支座在罕遇地震作用下的短期最大及最小面压进行了校核，结果表明，各隔震支座的短期面压均满足规范及产品性能要求。

表2　隔震结构和非隔震结构地震楼层剪力对比表

4　隔震结构支墩设计

按“抗规”第12.2.9要求，将罕遇地震作用下各隔震支座的最大轴力、剪力及附加弯矩（轴力与支座最大位移/2的乘积）作用于支墩及地下结构之上，进行支墩及地下结构抗震设计。

5　隔震结构的构造措施

按“抗规”第12.2.1要求，该工程上部结构与周边固定物设置了竖向隔离缝，缝宽大于500mm，满足了各隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移值的1.2倍；所有穿越隔震层的楼电梯均设置了完全贯通的水平隔离缝，缝高20mm；所有穿越隔震层的设备竖向管线均采用柔性连接等。

目前工程已竣工并投入使用，不仅抗震性能得到了很大的提高，而且取得了良好的社会效益与经济效益，深得业主满意。

6　结论

（1）高烈度地震区采用隔震结构，可较大程度地减小输入上部结构的水平地震作用，已达到预期防震的目标。

（2）采用隔震结构后，框架、剪力墙等构件断面尺寸及数量将减少，配筋量也大幅度降低。增加了建筑使用面积，经济效益明显。

（3）通过合理布置隔震装置（隔震支座、阻尼器），上部结构的水平向减震系数可达到0.5，可实现隔震层以上结构按本地区设防烈度降低一度进行抗震设计的目标。

［1］杜东升，王曙光，刘伟庆.江苏银行宿迁分行营业办公楼基础隔震分析报告［R］.南京工业大学工程抗震研究中心，2009.

［2］GB50011-2010建筑抗震设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2010.

［3］鹿島都市防災研究会（日）.制震·免震技術［M］.日本鹿島：鹿島出版会，1996.

［4］武田寿一（日）.建筑物隔震防振与控振［M］.纪晓惠，陈良，鄢宁，等，译.北京：中国建筑工业出版社，1997：23-147.

［5］日本免震构造协会.图解隔震结构入门［M］.叶列平，译.北京：科学出版社，1998.

［6］苏键，温留汉·黑沙，周福霖.高层隔震建筑性能分析［J］.建筑结构，2009，39（11）：45-47.

［7］日本建筑学会.隔震结构设计［M］.刘文广，译.北京：地震出版社，2006.

责任编辑：孙苏，李红

Thispaper analyzes in detail thewhole process of structural seism ic isolation design of Suqian Branch,Bank of Jiangsu.Thenecessity of structuralseismic isolation design is firstly analyzed,then ETABS program isadopted to perform the time-history analysison seismic isolated structure under the frequentearthquake level to evaluate the seism ic performanceof the entire structure.Finally the performanceof the structure under rare earthquake is evaluated.Theanalysis shows thatthe seismic isolated structurehasgood seismic performance even under rareearthquake.

seismic isolation;frequentearthquake;performance evaluation

TU37

A

1671-9107（2016）10-0023-04

10.3969/j.issn.1671-9107.2016.10.023

2016-07-14

许楚平（1964-），男，江苏南京人，本科，高级工程师，主要从事建筑结构设计工作。