北京某上盖工程隔震设计解读

杨彦海 李玉龙

北规院弘都规划建筑设计研究院有限公司 北京 100045

引言

随着经济的快速发展，城市用地紧张的问题近年来不断加剧。同时，城市地铁、轨道交通迅速发展，引发了人群的聚集效应，在地铁站、车辆停车段等附近的土地更是寸土寸金，上盖综合开发在一定程度上缓解了城市用地紧张的问题[1]。

1 工程概况

北京某火车站动车所上盖项目位于北京市，规划总用地面积23.7公顷。总建筑规模约为44.92万平方米。车辆段联合库及住宅由下部框架剪力墙及上部剪力墙结构组成。联合库主要柱网尺寸东西向为6.6m，南北向为16m～19m，总高度17.5m，共分为两层，高度分别为12.5m 和5m。汽车库盖上，剪力墙住宅下面的转换层层高1.5m，住宅层高2.8m，共18层，其中住宅开间约10m 左右，进深约13m。

剪力墙嵌固于裙房顶，无落地条件，此结构体系为高位转换结构且上下刚度相差较大，竖向严重不规则。因此采用高位隔震结构体系，在住宅楼的底部设置隔震转换层。可显著减小上部剪力墙结构的地震反应，同时下部框架剪力墙结构也因上部结构地震反应的降低而改善其受力状况，大大提高了整个结构体系的抗震性能。

本文选取一个结构单元进行隔震结构设计的说明。结构模型依据YJK建模得到，并用ETABS模型对比计算[2]。

2 计算过程

2.1 模型对比

将EATBS和YJK非隔震模型计算得到的质量和周期进行对比，结果如表1～表2所示。表中差值为：

表1 非隔震结构质量对比

表2 非隔震结构周期对比

由表1、2可知，ETABS模型与YJK模型的结构质量和周期差异都很小，同时比较各层剪力差异也很小。

2.2 地震波选取

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）5.1.2条规定：采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程，其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3，多组时程的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。弹性时程分析时，每条时程计算的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱计算结果的65%，多条时程计算的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。

本工程选取了实际5条强震记录和2条人工模拟加速度时程，计算的基底剪力结果如表3所示。

表3 小震下地震波基底剪力与反应谱比值

2.3 隔震支座

本工程共使用了33个支座，支座型号包括有铅心隔震支座LRB800-Ⅱ, LRB900-Ⅱ，LRB1000-Ⅱ和无铅心橡胶支座LNR800-Ⅱ。隔震结构屈重比为0.026。

2.4 隔震前后周期对比

设防地震（中震）作用下，隔震结构与非隔震结构的周期对比见表4[3]。

表4 隔震前后结构的周期

2.5 中震作用下水平向减震系数

根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第12.2.5条要求，对于高层建筑结构，水平向减震系数应计算隔震与非隔震各层倾覆力矩的最大比值及层间剪力的最大比值，取二者的较大值，根据计算结果水平向最大减震系数β=0.259，小于0.40，满足水平地震力降低一度计算的要求，竖向地震及相关构造不降低。隔震后的上部结构地震影响系数最大值αmax1＝βαmax/ψ=0.259×0.16/0.85=0.058＜0.08。

2.6 罕遇地震（大震）分析

根据《建筑抗震设计规范》[4]GB 50011-2010 第12.2.9 条规定：隔震层的支墩、支柱及相连构件，满足罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩的承载力要求；隔震层以下的地下室，满足嵌固刚度比和隔震后设防地震的抗震承载力要求，并满足罕遇地震下的抗剪承载力要求。本工程隔震支座下全部为支柱，需按罕遇地震验算承载力。同时需验算隔震支座在罕遇地震作用下位移在隔震支座允许范围内，同时根据隔震层的最大位移确定隔震结构与非隔震的结构或物体之间的安全距离。

（1） 隔震层水平位移计算

经计算，隔震层最大水平位移298mm，小于0.55D=440mm（D为最小隔震支座直径，本工程采用隔震支座最小直径为800mm）及3Tr≥447mm（Tr为最小隔震支座的橡胶层总厚度）中的较小值，满足要求。根据《抗规》12.2.7条规定：隔震结构应该采取不阻碍隔震层在罕遇地震下发生大变形的构造措施。上部结构的周边应设置竖向隔离缝，缝宽不宜小于隔震橡胶支座在罕遇地震下的最大水平位移的1.2倍且不宜小于200mm。缝两侧均为隔震单体，缝宽不小于1200mm。上部结构和下部结构之间，应设置完全贯通的水平隔离缝，缝高可取20mm，并用柔性材料填充；当设置水平隔离缝确有困难时，应设置可靠的水平滑移垫层。

（2） 隔震支座拉应力验算

根据《抗规》12.2.4条规定：隔震橡胶支座在罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下，拉应力不应大于1.0Mpa。经计算，在罕遇地震作用下，支座最大拉应力为0.61Mpa，出现在7号支座LRB900-II。隔震支座拉应力满足规范要求。

2.7 隔震层抗风承载力验算

根据《抗震》12.1.3条，采用隔震的结构风荷载的产生的总水平力不宜超过结构总重力的10%，本结构总重力为868265 kN，风荷载的产生的总水平力为2543.1 kN，满足要求。

3 结束语

本项目属竖向严重不规则超限隔震结构，本文主要讨论了隔震部分的结构设计。在常规整体计算基础上，对结构进行动力弹塑性分析，深入了解结构在大震下的工作性能，确保主体结构满足设计性能指标要求。结果表明工程采用隔震体系进行设计是可行的，可以达到预定的隔震目标。