大底盘多塔结构的隔震设计

韩佳良+张兴

[摘要]以唐山市某医疗项目为例，介绍了采用大底盘隔震技术建筑的设计方法，为隔震技术在医疗建筑设计中的运用积累了宝贵经验。通过分析比较，阐明了隔震技术在高烈度区医疗建筑的设计中具有保证结构安全，提高建筑使用功能，降低建设成本等明显优势。

[关键词]隔震技术；大底盘；设计；计算

隔震技术的初期应用主要集中在中、低层的基本周期短的结构中。随着研究的深入和实际应用的需要，隔震技术逐渐向高层、超高层的应用发展，并且逐渐衍生出多种复杂的结构形式，大底盘多塔隔震结构就是其中的一类。

1工程概况

本课题基于唐山某医院项目，该项目位于唐山市风景区南湖西片区内，紧邻万科南湖别墅住宅区，总用地面积58824.06㎡，包含医疗综合大楼、传染楼、制剂楼、后勤楼、液氧站五个子项，总建筑面积为147572㎡，其中地下为31469㎡，地上为116103㎡。本次采用隔震设计的建筑为医疗综合大楼，隔震层设置在地下一层与首层之间，其总建筑面积为138888㎡，设有两层地下室（部分设有一层地下室），各栋楼地下部分连为一体，地上部分在各楼之间设置防震缝互相脱开。

2隔震技术的优势

2.1抗震设防的必要性

根据《唐山市防震减灾管理条例》规定，2011年3月后，当地的医院和学校地震作用均按9度计算，故本项目地震作用按照9度计算，且根据地勘报告显示，本项目场地土类别为Ⅲ类场地，按照以上抗震设防的有关参数，混凝土常规结构体系已无法满足本工程抗震设防要求，经过综合比较，医疗综合大楼采用隔震方案。

2.2建筑功能使用上的必要性

采用传统的抗震结构体系（框架剪力墙结构或钢结构）很难实现上述设防目标。即使采用传统抗震结构加强抗震措施勉强达到上述目标，其结构构件的大小及布置也会严重影响建筑功能的布局，降低建筑面积的使用率，影响整体外立面效果。3隔震计算

本工程采用MidasGEN8.0进行非隔震模型时程分析与隔震模型时程分析，采用PKPM2012进行隔震后结构设计计算。其中A1，A3，A4，B1，B3，B5区域采用框架结构，A2，B2，B4，B6区域采用框架一剪力墙结构。

3.1大底盘隔震模型

医疗综合楼首层以上以抗震缝分割为十个结构单体，若十个结构单体从首层断开各自独立采取隔震设计，则两相邻隔震单体之间须预留足够大的水平隔震缝D（D≥相邻隔震单体水平位移之和、且不小于400mm），而医疗综合大楼从建筑使用功能上为一个独立的综合大楼，若以D值将十个单体逐个分离，同时保证整个大楼的连通性，势必会严重影响建筑方案，故本次隔震设计结构采用以首层楼板为大底盘，首层以上设置抗震缝划分十个单塔的隔振计算模型。

3.2隔震层位置

目前隔震设计分基础隔震和层间隔震两种方案。基础隔震是将隔震支座放置于基础之上，有效利用基础刚度大的优点，将结构整体隔震，且结构体系中竖向交通核（混凝土核心筒）的构造处理极为方便，但为了形成隔离缝，须沿地下室外墙周边再设置挡土墙，由此会大幅提高工程造价，严重削弱因隔震设计带来的整体经济效益。本工程含两层地下室，若采取此种方法，本部分工程造价更会大幅提高。

层间隔震一般在首层以下设置隔震夹层，即首层及以上结构按照隔震设计，首层以下按照非隔震设计。隔震夹层在建筑功能上起到设备夹层的作用，且隔离缝仅需要在隔震夹层处设置，大大减小了挡土墙的工程量，故本工程的隔震设计采用层间隔震。

综上所述，本工程的隔震计算模型是以首层楼板为大底盘的多塔隔震计算、采用在0.00～（-2.30）m设置隔震支座的层间隔震且局部结合基础隔震（仅A2，B2，B4，B6区）。

3.3水平向减震系数计算

（1）隔震支座选择，本工程为重点设防类建筑，根据《建筑抗震设计规范》GB50011-201012.2.3条，橡胶隔震支座在重力荷载代表值下竖向压应力不应超过按12MPa。

（2）水平向减震系数计算原则，整体模型：按照时程分析方法，以设计基本地震加速度分别计算隔震与非隔震各层层间剪力的最大比值、隔震与非隔震各层倾覆力矩的最大比值，取以上两者的最大值。

（3）单体模型，将单体模型分为单体高层模型和单体多层模型。首先将各单体按照体型、结构体系及T1一致的原则进行分组，每组选择代表单体进行计算。对于单体高层模型，按照时程分析方法以设计基本地震加速度计算，比较各单体隔震与非隔震各层层间剪力的最大比值和隔震与非隔震各层倾覆力矩的最大比值，取以上两者的最大值。对于单体多层模型，按照时程分析方法以设计基本地震加速度计算，比较各单体隔震与非隔震各层层间剪力的最大比值。

4大底盘多塔结构

4.1首层楼板的分析

本次隔震设计结构采用以首层楼板为大底盘，首层以上设置抗震缝划分十个单塔的隔振计算模型，因需要协调地上多个单塔的位移变形，故对首层的刚度要求很高，本工程首层采用主梁加厚板结构体系，楼板350mm，主梁500mmx900mm，并以场地波JY-1进行罕遇地震下的时程分析计算，分析得知，首层楼板的平面内轴向拉应力基本在1.0～2.30MPa之间，常规现浇混凝土楼板无法满足此轴向拉应力，故首层结构做预应力结构，控制楼板可承受的轴向拉应力大于等于3.0MPa。

4.2核心筒基础隔震与层间隔震的协调变形

对这部分内容的分析模型全楼采用弹性板假定，保证基础隔震的核心筒在-2.30m～隔震支座上节点整个高度上剪力墙变形的一致性，取同一投影位置的三个点，分析这三个节点在JY-1地震波罕遇地震（9度0.62g）作用下的位移函数。分析结果表明在绝大部分时间内变形是充分一致的，整个核心筒的抗侧刚度完全可以满足上述位移差的要求。

5结语

本文对大底盘多塔楼隔震建筑结构体系进行了系统的整理，对该结构体系进行了系统分析，并结合唐山某医疗项目详细介绍了大底盘多塔隔震建筑的设计流程与设计要点，得到了对工程具有参考价值的结论。

（1）隔震结构在高烈度区重要建筑的设计中可以更好的使建筑物达到设防目标，提高建筑的使用要求和外观效果。

（2）对于地下部分相连，地上分为较多单体的大底盘隔震建筑，可根据地下室的具体情况，选择采用基础隔震或层间隔震的设计方法，以节约成本。

（3）大底盘多塔隔震建筑对首层刚度有很高的要求，在设计中应选择较大的楼板厚度与主梁截面，并应进行罕遇地震下的时程分析计算，保证结构安全。