某隔震建筑性能化设计与抗震分析

0 引言
近年来，为了研究加强新建建筑物的抗震性能，郭震等[1]
对结构在多遇地震作用下的整体抗震性能进行分析，考虑采用主、次波双向地震作用加载的方式，对结构进行弹性时程补充分析和设防地震作用下结构关键构件的抗震性能验算。

陈志鹏[2]认为框架结构由于其结构体系的限制，存在刚度较弱、抗震性能较差、跨度较小等缺点，并通过使用空腹夹层板和网格式框架，在大幅度提高了结构跨度的同时，降低了水平构件的高度，并且其抗震性能、耗能能力、刚度均相较于传统框架结构大幅度提升。

赵国臣等[3]根据性能化抗震设计方法等内容，利用多种软件进行小、中、大震作用下的分析和设计，补充时程分析等，提出了适用于我国抗震设计规范的位移设计谱方法。

白虎林[4]在抗震性能研究基础上，发现抗震设计十分重要，建筑高度、建筑材料、地质情况等都是影响抗震设计效果的重要因素，要持续改进和完善抗震设计，落实科学专业的抗震方案。

本文在此基础上，并结合实际工程案例，创新性地总结了7种工况地震波的选择、隔震装置的布置等方面，依据多遇地震，罕遇地震结构弹塑性计算，以及建筑中楼板构件的性能设计，提出了该建筑的设计思路并进行了抗震性能分析，为今后此类隔震建筑的设计提供了参考。

1 工程概况
本文结合某老年康养中心实际工程案例，工程结构主体为现浇混凝土框架结构，老年康养中心分为两个单元，其中一单元地上七层，地下一层，嵌固部位为地下室顶板，一单元整体高度为24.7m，长度为34.8m，宽度为12.6m，基础类型为桩基础，如图1所示。

隔震缝设置在老年康养中心两个单元之间的位置。

2 结构整体计算分析
2.1 结构分析软件
结构分析采用了PKPM V13
版和有限元软件ETABS19.1.0（研发时间为2021年7月15日）。

符合现行国家标准、规范
的要求。

在PKPM V13版减隔震模块（GZ）中做整体建模计算，分别建立中震隔震、中震非隔震、大震隔震三个子模型，计算内容包括设防地震下的结构构件配筋，罕遇地震下的弹塑性分析模型采用有限元软件ETABS（2019版）进行时程分析，计算内容包括支座水平位移，支座拉压应力及罕遇地震下的层间位移角[5-6]。

图1老年康养中心一单元结构布置图
2.2 反应谱分析计算
本工程结构模型在多遇地震作用下的弹性反应谱分析采用PKPM 软件进行计算。

考虑偶然偏心、双向地震作用、扭转耦连以及施工模拟加载的影响。

结构模型计算参数如表1所示，计算三维模型如图2所示。

表1 结构模型计算参数
结构信息
荷载与地震信息结构阻尼比0.05基本风压0.3结构层数7风荷载计算信息计算传给基础的活荷载不折减场地类别Ⅱ类结构类型框架结构设计地震分组二组设防烈度7（0.15g）
考虑偶然偏心、双向地震作用是考虑P-Δ效应
是
地震影响系数最大值
0.08
作者简介：余文柏（1983-），男，硕士研究生，高级工程师，研究方向：建筑抗震。

某隔震建筑性能化设计与抗震分析
余文柏
（重庆大学建筑规划设计研究总院有限公司，重庆 400045）
摘 要：为了对隔震建筑在中震与大震作用下的受力进行分析，并达到为此类建筑的抗震设计提供参考的目的，本文通过介绍新建老年康养中心建筑的具体工程做法，并利用时程分析的方法，通过地震波的选择、实际模型的建立、多组隔震装置的布设、分析计算等步骤，分析了该建筑在设防以及罕遇地震下的水平位移，拉压应力，层间位移角等指标，提出了结构体系选用合理，各项指标均满足现行规范的限值要求的观点，研究结果表明结构选型、布置及各项抗震加强措施是合理有效的，结构在地震作用下抗震性能均能满足规范要求。

关键词：时程分析；地震波；罕遇地震；层间位移角；抗震性能中图分类号：TU352.1+2 文献标识码：A DOI：10.20080/ki.ISSN1671-3362.2023.07.032
设 计
94中国建筑金属结构
2023
年
图2 康养中心一单元结构计算模型
3 结构抗震性能验算
3.1 减振目标与设计方法
本项目两个单元主体结构需要采用减隔震技术，经综合成本及减震效果考虑，最终选用粘滞消能器减震技术，本项目的减震目标是通过设置消能减震装置有效消耗地震能量，使建筑抗震性能明显提高。

钢筋混凝土框架结构的幼儿园在多遇地震时减震目标为1/550，设防地震时减震目标为1/400（附加阻尼比为3.0%，结构总阻尼比为8.0%）；罕遇地震时减震目标为1/150（附加阻尼比为3.0%，结构总阻尼比为8.0%）；减震结构与非减震结构的层间位移角之比小于0.75[7]。

3.2 地震波的选取
根据“《新隔标》”4.1.3条中的规定[8]，每条地震加速度时程曲线计算所得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%。

本项目以老年公寓及活动中心二单元为研究对象，选取7条加速度时程曲线，地震波信息如表2所示。

3.3 主楼设防地震下弹塑性时程分析
根据“《新隔标》”第4.2.2条要求，隔震结构的自振周期应根据不同地震作用烈度下的支座水平位移确定，可采用振型分解反应谱法结合迭代计算确定。

此外，《叠层橡胶支座隔震技术规程》规定：隔震房屋两个方向的基本周期相差不宜超过较小值的30%。

图3为结构一单元隔震前、后结构的底部剪力比。

据“《新隔标》”第6.1.3-2条，隔震后结构与隔震前结构底部剪力比不大于0.5时，上部结构可按设防烈度降低1度确定抗震措施。

与竖向地震作用有关的抗震措施，应符合按本地区设防烈度的规定，不得降低[9]。

为了验证罕遇地震作用下隔震支座拉应力与压应力，计算拉应力采用的荷载组合为：1.0×恒荷载-1.0×水平地震-0.5×
竖向地震；隔震支座在罕遇地震作用下压应力验算采用的荷载组合为：1.0×恒荷载+0.5活荷载+1.0×水平地震+0.4×竖向地震[10-11]。

图3 老年康养中心一单元隔震前、后结构的底部剪力比
根据上述计算规则得到罕遇地震下各个支座承受的最大拉应力和压应力，通过分析得出的数据可知：一单元在罕遇地震作用下，支座编号为LRB600-Ⅱ出现最大拉应力为0.29MPa，拉应力不应大于1.0Mpa。

压应力均小于限值25MPa。

满足相关规范要求。

二单元在罕遇地震作用下，所有布置的隔震支座均未出现拉应力。

压应力均小于限值25MPa。

满足相关规范要求。

为了验证罕遇地震下层间位移角，分别在一单元3-11层，二单元3-10层的X，Y 方向进行设计计算，得到的一单元罕遇地震下，上部结构的最不利层间位移角为：X 向：1/548，Y 向：1/655，二单元罕遇地震下，上部结构最不利层间位移角为：X 向：1/717，Y 向：1/682. 两个单元计算结果均满足《新隔标》表4.5.1中所规定上部结构罕遇地震作用下框架结构层间位移角限值1/100的要求。

3.4 结构出铰情况
下图4为ETABS
软件中的塑形铰本构图。

图4 塑形铰本构图
参照塑性铰本构图， A—B 为弹性段， B—C 段为塑性段。

结构大震损伤图中无任何构件进入到“快速居住（IO）”状态，即处于图中的B 点到IO 状态点之间。

表2 地震波信息表
工况布点数量名称
有效持续时间
（s）
结构周期（s）采集间隔罕遇地震加速度峰值
（cm/s ²）
R12001A01-0.02-2001-0.4535.485 2.7520.02 220×1.4R22001A02-0.02-2001-0.4536.211 2.7520.02 220×1.4T17807JG0314-0.005-780721.804 2.7520.005220×1.4T23499JG0334-0.01-349925.034 2.7520.01220×1.4T37807JG0503-0.005-780730.182 2.7520.005220×1.4T41755JG0520-0.01-175516.985 2.7520.01220×1.4T5
1542
JG0533-0.02-1542
24.901
2.752
0.02
220×1.4
95
第7期中国建筑金属结构在ETABS 软件中，通过两个单元结构进一步输出各构件
的损伤数值来看，大部分处在0.5以下，如图5所示，结构构
件轻微损坏，结构主体安全度可以得到有效保证。

（a
）一单元结构整体损伤情况
（b ）二单元结构整体损伤情况图5 结构的整体损伤情况
4 地震作用下楼板应力分析
4.1 中震作用下的楼板应力分析
中震作用下，楼层薄弱部位楼板混凝土核心层不开裂。

经过计算得出的中震标准组合下各层楼板第一主应力受力云纹图发现：各楼层板最大主拉应力出现在五层，为0.88Mpa，如图6所示，小于混凝土的抗拉强度标准值2.01Mpa（C30混凝土）。

说明中震下楼板仍能保持弹性，达到预期的抗震性能设计，其余各层分别为二层楼板主拉应力最大值为0.22Mpa，三层楼板最大主拉应力为0.304 Mpa，四层楼板最大主拉应力为0.639Mpa，六层楼板最大主拉应力为0.20Mpa，七层楼板最大主拉应力为0.15Mpa。

4.2 大震作用下楼板应力分析
大震作用下，大部分区域楼板正截面不屈服，局部应力集中处允许屈服。

从受力云纹图可知：各楼层板最大主拉应力出现在五层，为1.72Mpa，小于混凝土的抗拉强度标准值2.01Mpa（C30混凝土）。

说明大震下楼板仍能保持弹性，达到预期的抗震性能设计，其余各层分别为二层楼板在大震下，靠近洞口位置的楼板的主拉应力最大值为0.65Mpa，三层楼板最大主拉应力为0.66Mpa，四层楼板最大主拉应力为1.03Mpa，六层楼板最大主拉应力为0.80Mpa，七层楼板最大主拉应力为
0.42Mpa。

图 6 五层楼板X 向中震作用下楼板剪应力
5 结论
（1）本工程虽然存在扭转不规则，但在结构设计中采用有针对性的计算和措施，计算分析结果表明，该工程结构体系选用合理，各项指标均满足现行规范的限值要求。

（2）本工程采用隔震技术，提高了结构抗震性能，保证了设防地震下结构满足正常使用要求。

（3）隔震后结构与隔震前结构底部剪力比小于0.5，上部结构可按设防烈度降低1度确定抗震措施；最终确定上部结构框架抗震等级为三级，下支墩的抗震等级为二级。

（4）结构单元在设防地震、罕遇地震下的计算分析结果指标均能满足现行国家规范要求，结构整体方案合理、有效；
（5）通过结构计算分析结果表明结构选型、布置及各项抗震加强措施是合理有效的，结构在地震作用下抗震性能均能满足规范要求。

参考文献
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