双层隔震组合装置在某高层框剪结构上的应用分析

庾光忠 陈国平 周函宇

（株洲时代新材料科技股份有限公司）

双层隔震组合装置在某高层框剪结构上的应用分析

庾光忠 陈国平 周函宇

（株洲时代新材料科技股份有限公司）

某高层框剪结构隔震装置采用普通橡胶支座和滑移支座组合装置形式，分别在电梯井基础顶部和地下一层柱顶设置隔震层，分析结果表明，本隔震结构隔震效果良好，地震设防烈度可降低一度，且采用组合隔震装置形式减少隔震装置费用。

高层框剪结构；组合装置；隔震层；设防烈度

1 引言

隔震结构是指在结构的上部结构与下部结构之间增设隔震层，可以延长结构的自振周期，增加结构的整体阻尼，利用隔震装置大量消耗输入结构的地震动能量，从而达到保护上部主体结构的防震要求。与传统抗震结构采用结构自身主体构件的“硬抗”不同，隔震结构通过“软抗”的形式，通过隔震层的变形阻断和吸收地震动输入能量，提高结构的整体抗震性能。根据《建筑抗震设计规范GB50011-2010》规定，在满足相关条件的情况下，有效的隔震结构的上部结构可以降低地震设防烈度进行分析设计，从而在提高抗震性能和增加建筑使用空间的同时降低建筑物的整体造价。

目前，我国已经建成或在建隔震建筑已达几千栋之多，隔震技术的应用越来越广泛并趋于成熟，但大多数隔震建筑都单一采用普通橡胶支座作为隔震装置，采用组合隔震装置的案例少。采用普通橡胶支座和滑移支座组合装置形式，在保证结构隔震效果的同时，滑移支座在同等条件下的造价相对较小，可节约隔震装置成本。

2 结构的基本信息

某高层框剪结构为重点设防类建筑，结构设计使用年限50年，抗震设防烈度为8度，设计基本加速度为0.2g，地下一层和地上十七层，地下室层高6.60m，首层层高均为5.25m，2～3层层高均为4.5m，4～16层层高均为3.80m，顶层层高均为3.85m。地上建筑高度67.30m，结构长71.20m，宽25.5m。

设计地震分组为第一组，基本风压0.4KN/m2，地面粗糙度类别为B类，风荷载体型系数1.31。

图1 某高层框剪结构建筑立面图

3 隔震层和隔震装置的选择

3.1 隔震装置的选择

隔震层柱子和剪力墙须进行水平隔断，因此剪力墙结构应设置转换梁并在下部设置支墩柱，此处支墩柱部分轴向压力很大，在普通橡胶支座高度须与其他部位隔震支座橡胶层支座变形相同的情况下，采用能够在一定范围内只有滑动的滑移支座可有效地解决这一问题并降低支座的成本。

本结构隔震层共设置两层，分别地下室-1.5m处和电梯井下基础顶部位。普通橡胶支座和滑移支座实物图片分别见图2和图3。

图2 普通橡胶支座

图3 建筑滑移支座

3.2 支座的选型和布置

根据《建筑抗震设计规范》规定，本工程为乙类建筑，保证支座的平均压应力小于12MPa，而根据参考文献6，滑板支座面压限制为50MPa，故电梯井处隔震层采用滑板支座来替代原来直径为1100～1400mm的普通橡胶支座，大大节省了支座的造价。支座选型和数量见表1和表2。

表1 某高层剪力墙结构隔震支座参数

表2 橡胶隔震支座参数

隔震层橡胶支座的平面布置图见图4，布置方法采用一柱一隔震支座。

图4 隔震层支座平面布置图

4 结构隔震效果分析

采用三维空间弹塑性有限元设计及分析软件ETABS对结构进行建模分析。隔震结构的三维空间模型如图4所示。按照《建筑抗震设计规范》规定，采用时程分析法计算。

根据《建筑抗震设计规范》规定，选取适用于本结构的5组实际强震记录CC1218（CHI-CHI 09/20/99）、CC2962（CHI-CHI 09/20/99）、EL（ELCENTRO）、IV169（IMPERIALVALLEY10/15/79） 和 SF67（San Fernando_NO_67）（简写分别为 CC1218、CC2962、EL、IV169、SF67）和2组人工波（简写分别为RGB1、RGB2）进行结构地震反应分析。

对抗震结构与隔震结构输入地震波进行时程动力分析。将7条地震波作用下结构响应取平均值作为本结构分析结果。

4.1 水平向减震系数计算

地震波按8度设防地震0.2g调整峰值（输入加速度峰值为0.2g）。

设防烈度地震作用下，非隔震和隔震结构的上部结构X向、Y向层间剪力和层间弯矩计算结果对比分别见图5～图8。由图可知，建筑在采用隔震以后，层间剪力和层间弯矩明显减少，表明隔震结构具有良好的减震效果，其水平减震系数为0.48。

图5 X向层剪力比较

图6 Y向层剪力比较

图7 X向的层间弯矩比较

图8 Y向的层间弯矩比较

4.2 层间位移分析

8度罕遇地震作用下（输入加速度峰值为0.4g），X向和Y向层间位移角倒数分别见图9和图10所示，隔震上部结构的最大位移角为1/341，小于隔震性能目标弹塑性位移角限值1/200，保持弹性状态。

4.3 隔震结构抗倾覆验算

8度罕遇地震作用下，结构回复力矩/地震力倾覆力矩≥1.2，由表3可知，比例最小值为2.67，符合最小规定值。

图9 X向层间位移角倒数

图10 Y向层间位移角倒数

4.4 隔震层最大水平位移校核

根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）规定，隔震层最大水平位移应小于支座有效直径的0.55倍和支座内部橡胶总厚度的3倍二者的较小值。由表4可知，8度罕遇地震作用下，隔震层最大位移为295mm，满足支座最大容许位移的要求。

表3 隔震上部结构抗倾覆验算