发震断裂带5km内的框支剪力墙结构的隔震设计

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000）

我国是地震多发国家，有些城市和地区分布在断裂带附近。在城市建设过程中，建筑结构的设计受到断层地震影响比较明显。研究发现，与远场地震影响相比，建筑结构的地震响应和破坏受近断层地震影响更严重。隔震技术作为建筑结构抵御地震的有效手段，在框架结构设计过程中被广泛使用，减震效果相对比较明显；但是在框支剪力墙结构中应用相对较少。本文以某框支剪力墙结构为例，对比了在8度区距离发震断裂带5km内的抗震和隔震框支剪力墙结构设计，研究断层附近抗震和隔震框支剪力墙结构的特点，为框支剪力墙结构设计提供参考。

1 工程概况

该项目总建筑面积26200平方米，总长度为112.5m，总宽度为19.9m，主体地上9 层，地下1 层，建筑高度37.2m。结构类型为框架剪力墙结构，抗震设防烈度8度（0.3g），抗震设防类别为乙类。该项目距离发震断裂带小于5km。

2 隔震结构的计算分析

2.1 计算程序

表1 非隔震结构质量对比/t

本工程采用ETABS进行时程分析，先校核所建立的ETABS模型的准确性，将ETABS和YJK非隔震模型计算得到的质量、周期、层间剪力进行对比，如表1～表3所示。由表可知，两款软件模型计算的质量、前三阶模态的自振周期非常接近，层间剪力除顶层外也非常接近，说明采用ETABS软件可行。

表2 非隔震结构周期对比（前三阶）/S

表3 非隔震结构楼层地震剪力对比（单位kN）

2.2 隔震支座的布置

根据试算分析，按照压应力布置均匀，力学性能指标、变形指标满足规范要求，本工程隔震支座布置如图1所示。从支座位移、支座剪力和支座轴力等方面综合考虑进行隔震支座的布置，规格有LRB1000（31 个）、LRB1100（17 个）、LRB1200（8个）、LRB1300（4个）、LNB1000（16个），隔震垫数量共计76个。

图1 隔震支座编号及布置

2.3 隔震层以上结构的地震作用计算

采用ETABS软件计算结构上部结构楼层层间剪力，根据隔震层上部结构楼层层间剪力比值确定隔震后上部结构水平地震作用。本结构选取5条天然波和2条人工模拟地震波的平均剪力进行结构隔震后与隔震前上部楼层层间剪力对比分析。

图2 上部结构层间剪力比值（隔震后/隔震前）

根据《抗规》12.2.5 条可知，高层建筑结构水平向减震系数取隔震与非隔震结构层间剪力的最大比值与各层倾覆力矩的最大比值的较大值，故本结构水平向减震系数β=0.39，考虑1.5 倍的近场系数后，水平地震影响系数αmax=1.5*0.39*0.24/0.80=0.18。

3 隔震层的计算分析

3.1 隔震支座性能参数

通过框支剪力墙结构设计分析，给出隔震支座性能参数见表4。

3.2 隔震层隔震计算分析

3.2.1 罕遇地震作用下隔震支座的轴力

本工程罕遇地震作用下隔震支座的轴力分析结果见图3。本结构隔震层上部实际是框支剪力墙结构，在有剪力墙的部位，上柱墩的轴力较大，最大轴力39133kN，和普通框支剪力墙结构相比，该结构的框支柱为隔震层的上柱墩，受力较为有利。结构布置应符合框支剪力墙结构的相关要求，尤其是上部剪力墙的洞口应尽可能位于墙体中部，这样转换梁和上部墙体能形成拱效应承受荷载，有利于转换梁受力。

图3 隔震支座的轴力

3.2.2 罕遇地震作用下隔震支座的位移与剪力

计算结构在罕遇地震作用下（5条天然波和2条人工模拟地震波）的各隔震支座的双向支座平均位移与温度应力下的双向位移，得到各支座的总位移，见图4。由图4可知，隔震支座的水平向最大位移为504mm，小于550mm，支座选取满足结构在罕遇地震作用下的水平变形要求。隔震支座的剪力见图5，隔震支座最大剪力仍然出现在转换处，在罕遇地震作用下，隔震支座X向和Y向的剪力基本一致，说明隔震支座受到的扭转影响较小。

图4 隔震支座的位移

图5 隔震支座的剪力

3.2.3 隔震层以下的结构设计

本结构地下室高度3.6m，隔震层高度2.1m。《建筑工程建筑面积计算规范》3.0.1条规定，结构层高在2.2m以下的，计算一半面积。本工程如果在隔震层与地下室之间设置楼板，建筑面积会受影响，所以为了使下支墩不成为悬臂柱，只在-2.1m处设置了拉梁。

因为没有楼板的约束作用，地下室梁柱在设防地震下的抗震承载力不满足要求，而且罕遇地震下柱的抗剪承载力也不满足要求，为了满足规范要求，在地下室大部分区域增设了剪力墙，且所有地下室柱即下支墩都增设了型钢。所以，下支墩顶部荷载较大时，地下室宜设置楼板，有利于地下室梁、柱的承载力计算。

4 隔震工程的经济性分析

对本工程隔震和非隔震结构进行经济性对比分析（隔震层以上结构）。因非隔震结构规定水平力下框架柱、短肢墙地震倾覆力矩百分比与一、二层部分框架柱轴压比不满足要求，对其进行调整后从结构混凝土用量、用钢量方面进行对比。混凝土及钢材用量对比见表5。经济对比分析表明，因结构隔震效果不明显，所以隔震结构的经济性较差。

表5 材料用量

5 结论

通过在8度区距离发震断裂带5km以内框支剪力墙结构的隔震设计研究，可以得到以下结论：

1）在8度半有断裂带的设防区，考虑1.5的近场系数后，隔震后水平地震影响系数为0.18，非隔震结构水平地震影响系数为0.24，隔震效果不明显。

2）考虑1.5倍的近场系数后，隔震层在罕遇地震作用下的最大位移为504mm，满足规范要求。

3）由于是框支剪力墙结构，剪力墙部位的上支墩处轴力较大，但在罕遇地震作用下，隔震支座的拉应力满足要求。

4）隔震层上支墩和下支墩按罕遇地震作用进行了验算，在地下室增设剪力墙及下支墩增设型钢，以使下支墩满足抗震承载力和抗剪承载力。

5）将隔震结构和非隔震结构进行对比，因隔震结构的隔震效果不明显，所以隔震结构的经济性较差。