高层框架结构基础隔震地震响应分析

林业科技情报2014Vol.46No.1
高层框架结构基础隔震地震响应分析
任力勇
（黑龙江省林业设计研究院）
［摘要］地震是具有突发性、破坏性的灾害，建筑物在地震的作用下，顷刻间会造成严重的经济损失，尤其是对人类的生命财产带来严重的威胁。

因此，如何减少地震作用对建筑物造成的破坏，已成为该领域的重要研究课题之一，而基础隔震技术的发展，为建筑结构的抗震设计与研究开辟了一个新途径。

［关键词］基础隔震；框架结构；地震
Analysis On The Base Isolation SeismicＲesponse Of
The High－Layer Frame Structure
Ｒen Liyong
（Forest Designing AndＲesearch Institute Of Heilongjiang Province）
Abstract：The earthquake has the characteristics of paroxysmal and destructive feature．By the effect of the earth-quake，the architecture is damaged so that sever economic loss is produced．Meanwhile，it produces sever threat to human life．As a result，how to reduce the damage for the architecture by earthquake becomes the one of the main research projects．The development of base isolation technology has produced a new approach to resist the earth-quake of the architecture structure．
Key words：base isolation；frame structure；earthquake
1框架结构基本概念及适用范围
框架结构是由横梁和立柱组成的杆件体系，节点全部或大部分为刚性连接。

框架结构是最常见的竖向承重结构，具有以下优点：
（1）结构比较轻巧，便于布置；
（2）整体性比砖混结构和内框架承重结构好；
（3）可形成较大的使用空间和活动空间；
（4）施工相对于其他体系来说要方便很多；
（5）较为经济。

本设计为办公楼，主体十二层，高42m，因此采用框架结构。

2框架结构的震害
框架结构的震害主要是由于强度和延性不足引起，一般规律是：柱的震害重于梁，角柱的震害重于一般柱，柱上端的震害重于下端。

2.1框架柱
柱子常见的震害有：
（1）剪切破坏。

柱子在往复水平地震剪力作用下，一般会产生斜裂缝或交叉裂缝，裂缝宽度比较大，不易修复，属于脆性破坏。

（2）压弯破坏。

柱子在轴力和变号弯矩作用下，混凝土被压碎甚至剥落，主筋压曲成灯笼状。

柱子轴压比过大，主筋不足，箍筋过稀等都会导致这种破坏。

破坏大多出现在梁底与柱顶交接处。

这是一种脆性破坏，较难修复。

（3）弯曲破坏。

由于变号弯矩的作用，柱子纵筋不足，使柱产生周圈水平裂缝，裂缝宽度一般较小，较易修复。

2.2框架梁
框架梁的震害一般出现在与柱连接的端部。

纵向梁的震害重于横向梁。

框架梁常见的破坏有：（1）斜截面破坏。

由于抗剪强度不足，在梁端附近产生斜裂缝或混凝土剪压破坏，这种破坏属于脆性破坏。

（2）正截面破坏。

在水平地震反复作用下，梁端产生较大的变号弯矩，导致竖向周圈裂缝，严重时将出现塑性铰。

（3）锚固破坏。

当梁的主筋在节点内锚固长度不足，或锚固构造不当，或节点区混凝土碎裂时，钢筋与混凝土之间的粘结力遭到破坏，钢筋滑移，甚至从节点拔出。

这种破坏也属于脆性破环，应注意防止。

2.3板
板的破坏不太多，出现的震害有：板四角的
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林业科技情报45ʎ斜裂缝，平行于梁的通长裂缝等。

2.4
框架节点
在地震的反复作用下，框架节点主要承受剪力和压力，当节点核芯区抗剪强度不足时，将导致核芯区产生交叉斜裂缝，边节点的混凝土保护层剥落。

3
隔震体系的基本特征和机理
隔震体系通常设置在嵌固点与基础顶面之间，令上部的结构与基础形式上分离，通过隔震体系隔离地震波向上部的结构的输入，使结构基本周期得到延长，减少建筑物的地震反应。

隔震体系一般由上部的结构、隔震装置和基础部分三部分（如图1所示）组成，为达到很显著的减震效果，隔震装置、隔震体系须具备三项的最基本特性：
（1）承载特性：隔震装置具有较大的竖向承载能力，在建筑结构物使用状况下，安全地支承着上部结构的所有重量和使用荷载，具备很大的竖向承载力安全系数，确保建筑结构物在使用状况下的绝对安全和满足使用要求。

（2）隔震特性：隔震装置具有可变的水平刚度特性，在地震作用下，是上部的结构自振周期延长和水平位移变小。

图1结构隔震体系的组成
（3）阻尼消能特性：隔震装置应具有足够的阻尼C ，能很大的消耗能量并使上部的结构位移很小。

4隔震体系的优点、使用范围
隔震结构应该有以下的几个优点：（1）提高地震时结构安全性；
（2）有效的降低了结构的地震反应；
（3）上部结构的设计更加灵活，抗震措施简单明了；
（4）降低房屋建筑的造价；
（5）有效的防止内部设备的移动、翻倒，减少次生灾害；
（6）地震之后无需做进一步的修复，提高了
结构的安全感和舒适性；5隔震技术的分类
目前隔震装置采用的形式大多为滑动方式或弹性支撑方式（如图2所示），按“隔震层不同位置”和“不同的隔震装置”对其进行分类。

图2隔震装置的形态
6结论
本文通过对办公楼在非隔震与隔震两种情况下讨论得出如下的结论：
（1）从结构的周期来看，设置基础橡胶隔震体系可以做到隔离地震作用的效果，延长结构自振周期，降低隔震层水平刚度，大大的降低结构的地震反应。

（2）从最大层间位移角来看，隔震结构的层间位移角比非隔震结构的要小的很多，对比规范规定的层间位移角的限值，也要小的多。

（3）从结构的层间位移来看，无论是在地震静荷载作用下，还是在EL －centro 地震波的作用下，隔震结构的层间位移比非隔震结构的要小很多，相比较于规范规定的层间位移角的限值，也要小的多。

（4）从最大层间剪力来看，具有隔震结构X 方向的最大层间剪力仅为非隔震结构X 方向的最
大层间剪力的58.5%。

因此，隔震层上部的结构可以按比设防烈度低一度来考虑。

（5）从结构的变形来看，隔震结构的变形基本一致，结构位移主要发生在结构的隔震层，上部结构的层间位移相比非隔震是减小的。

（6）从楼层加速度来看，非隔震结构加速度反应随着层数增加先增加，到第四层后开始减小，到第八层又开始增加。

隔震结构加速度反应随着层数增加，加速度反应减小，且隔震结构每层加速度的反应都小于非隔震结构。

7
展望
由于篇幅的缘故，本文分析的内容还远远的不够，对于一些具体问题的讨论还有待进一步的研
究。

例如：
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体育路出水口（出水口4）；东部小鹤立河雨水系统设9个出水口，分别为经四路出水口（出水口5）、鹤伊北路出水口（出水口6）、纬一路出水口（出水口7）、纬二路出水口（出水口8）、纬四路出水口（出水口9）、纬五路出水口（出水口10）、纬九路出水口（出水口11）、纬十二路出水口（出水口12）、光宇路出水口（出水口13）。

其中纬四路出水口（出水口9）为现有明渠，其中共设有10个小出水口。

5结论与建议
结论：市政排水工程对于改善该新区的环境水平、改善居民的生活质量，促进改革开放的大好形势有至关重要的作用，近年来随着城市经济的快速发展，作为该城市的新区，其市政基础设施的建设应该与新区的经济发展的速度持平，排水工程建成完毕后将有力地促进该城市各项事业的发展，改善周边各区的环境，对城市的经济效益和社会效益的发展效果明显。

该城市新区排水工程设计符合城市总体规划，结合新区的实际情况，工程规模确定合理。

建议：（1）加强对排水工程设施建设的管理，保证工程质量，使给水工程发挥改善和保证居民生活水平，促进经济发展的目的。

（2）建议市政府有关部门，根据城市设施有偿使用的政策精神，制定相应的排水收费标准，以保证污水处理厂的运转费用和排水设施的维护费用。

（3）在初步设计之前，做好征地、用电、工程测量、工程地质钻探工作，并同设计单位进行必要的技术考察，以确保工程的设计质量。

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来稿日期：2014－01－20
（上接第49页）
（1）如何布置橡胶垫对于隔震是更加有效、合理。

如果重力荷载作用下和地震波作用下进行组合，那么轴力相对比较小的柱子就有可能受到拉力。

（2）对于隔震建筑中的高层建筑究竟选择多高比较合适，这仍需要人们更深入的研究。

（3）隔震系统本身具有的特性对高层隔震建筑隔震效果的影响。

（4）对于隔震建筑优化的研究。

（5）对于隔震建筑扭转的研究。

对于高层隔震建筑突出屋顶部分的P－△效应的研究。

（6）按地震波输入的原则，每个工程一般至少选取3条以上的地震波进行计算，时程分析法宜取计算结果的平均值加一倍标准差作为最终结果。

在以后的学习中应该进一步研究。

参考文献
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来稿日期：2014－01－20
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