隔震结构设计的一些经验总结

林春腾

摘要：广东宇泰减震科技有限公司办公楼，总高度约为22.2m，采用隔震技术进行设计。重点介绍该结构在分析和设计过程中遇到的问题和处理方法，以及对此类结构在高震区进行隔震设计的特点进行探讨。

关键词：隔震结构普通结构隔震支座

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

一、工程概况

广东宇泰减震科技有限公司办公楼位于广东省汕头市，总层数为6层（含一层地下室），建筑高度约为22.2m，地下室层高为4.2m，首层层高为4.2m，2～5层层高为3.6m。采用框架结构体系，设计使用年限为50年。

该项目场地土的类型为中硬场地土，场地土类别Ⅱ类，设计地震分组为第三组；基本风压按50年一遇的基本风压采用，取0.8KN/m2。地面粗糙度B类；区域抗震基本烈度8度，设计基本地震加速度0.2g。

二、结构体系布置与构件设计

2.1结构体系选择

该项目的结构平面布置呈长方形，长为18.5m，宽为62.8m，结构平面长宽比为1：3.4。

设计过程中考虑到在地震高烈度区（8度，0.2g），若按传统设计方法，选择框架结构体系，在满足结构整体刚度条件下，各构件的截面尺寸、配筋等相对较大，若按框架剪力墙结构进行设计，则工程造价较高。最终在实现业主及建筑师对建筑功能及平立面要求的同时，兼顾工程经济性与合理性，确定该结构采用框架结构体系，并选择隔震设计，以期在满足结构整体刚度的条件下，取得最好的效果。

2.2隔震结构设计

为了实现建筑布局并确保结构安全，选择了隔震设计，以达到延长整个结构体系的自振周期，减少输入上部结构的水平地震作用。而对隔震层的位置的选择应兼顾隔震设备替换的技术要求，因此设计过程中考虑了2种不同的结构设计布置方案。

（1）隔震支座设置于基底。此方案的基本思路是在结构物底板以上设置隔着层，使其与上部结构相脱离，从而限制了地震动向结构的传递。其优点是地下室底板以上的结构可以按抗震等级降低设计，工程的材料成本相对较低。

（2）隔震支座设置于地下室与上部结构之间的。此方案的优点是地下室顶板及以上结构可以按抗震等级降低设计，对比方案一的施工难度相对较低，在隔震支座完成使用年限后，更替隔震支座的难度较小，但工程的材料成本稍高。

对比两方案，并与建筑师相协调，采取了第二方案，并且把隔震支座部位进行优化，使其具有观赏功能，用以推广该技术的运用。

2.3隔震结构的抗风验算

初步确定隔震支座的布置与类型后，需对隔震层的隔震支座进行抗风验算。

根据

–抗风装置在水平承载力设计值

–风荷载分项系数

–风荷载作用下隔震层的水平剪力标准值

可计算出所需的隔震支座的数量和布置情况均能满足结构的抗风要求。

2.4普通设计与隔震设计对比

按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010的相关规定，建筑结构隔震设计和消能减震设计确定设计方案时，应与采用抗震设计的方案进行对比分析，所以分别对原结构与隔震结构进行反应谱分析，对比其抗震性能。

普通框架结构设计与隔震结构周期和振型信息见表1，

表一：

从表1中可得，普通结构的自振周期为1.18121s，隔震结构的自振周期为3.0709s,增大了2.6倍，由此可见通过隔震的设计，延长了结构周期，从而在反应谱计算中减小结构的地震作用，达到了预期的设计效果。

2.5确定隔震上部结构的抗震等级

在隔震项目中，采用了时程分析法进行计算，在时程分析过程中对地震波进行选取，除了选应充分考虑到所分析的减震建筑结构所处场地条件和该地的设防烈度，对地震波的加速峰值进行调整，并且地震波最大值、特征周期和持时要满足规范要求，所选取的地震波频谱特性也应具有广泛的代表性。

通过时程分析得出结构在隔震设计下和普通抗震设计作用下结构的地震反应，结构输入抗震设防烈度为8度的地震波，由此可计算出隔震结构与普通结构层间剪力比值最大值为0.37。由《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中的规定，可计算出隔震后接哦故计算结构地震作用时的地震影响系数最大值为：。拟采用抗震等级为7度，其地震影响系数为=0.08，可以满足相关要求。

由于隔震结构的抗震性能有了明显的提高，所以上部结构的抗震构造要求亦可做降低处理，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）的规矩，其降低程度应控制在1度以内，所以上部结构的抗震构造等级降低一度。

2.6 隔震层的设计

1) 隔震缝的确定，由于隔震结构上部结构及隔震层部件必须与周围固定物脱开，因此需计算出结构在地震作用下的最大层间位移，并保证隔震缝大于此值。由广州大学公共安全与防灾减灾研究中心提供的报告分析可得，本工程所采用的隔震支座容许位移，而大震作用是隔震层最大层间位移为161.5mm，所以满足要求。同时还协调设备专业，在隔震支座部位均采用软管的措施，确保各种设备管道在地震作用发生时能够不与周围结构发生碰撞，以至于破坏。

2)隔震支座抗拉验算。工程应确保隔震支座没有出现拉力的情况，此时需对结构进行罕遇地震作用分析，并求出隔震支座在罕遇地震作用下的轴向力，验算隔震支座是否出现受拉的情况，由广州大学公共安全与防灾减灾研究中心提供的报告分析可得，该项目没有出现受拉情况，符合规范要求。

3) 隔震层楼板采用现浇梁板，板厚不小于160mm，并且隔震支座上下连接的柱必须设梁拉结，以增强结构的整体性。

4）隔震支墩的设计，设计过程按承台的设计方法，并验算其在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。

5） 上部结构与地下室之间设置了隔震缝，以避免在罕遇地震作用下发生大变形，且用柔性材料填充。而楼梯与电梯等在隔震部位采取断开处理，并用柔性材料填充，使其不妨碍使用功能。特别是电梯的隔震处理，应留有检修与更替隔震支座时所需的空间。

2.7 上部结构的设计

1) 由于采取了隔震技术，所以上部结构按抗震等级为7度进行设计。

2）上部结构的抗震构造措施可依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）有关规定降低一度进行设计。

3) 隔震层以上个楼层的水平地震剪力尚应符合《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第5.2.5条对本地区设防烈度的最小地震剪力系数的规定，本项目在调整了结构的抗震等级后，其各层水平地震剪力不能满足相关要求，所以最终采用了加大地震力的方法进行调整，使其满足规范的要求。

2.8 地下室即基础设计

隔震层以下的结构，应按8度（0.2g）罕遇地震时隔震支座产生的地震作用进行验算。隔震支座的附加弯矩采用各支座的轴向力乘以隔震层在罕遇地震作用下的最大位移计算。

同时还应进行地基承载力的验算。

三、总结

1） 结构的地震反应就是地震动通过结构惯性引起的，而隔震结构就是通过延长结构的自振周期，来减少结构的水平地震作用，从而消除或有效的减轻结构和非结构的地震破坏，提高其安全度。

2） 隔震设计需要解决的主要问题是：隔震层位置的确定；隔震支座类型、数量、布置的考虑；隔震支座在罕遇地震作用下各种受力情况的验算；连接构件的设计。

参考文献：《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010） 中国建筑工业出版社