某信息中心隔震分析设计

裴家明

【摘要】本文以实际工程为例，采用ETABS软件对其进行隔震分析设计。分析表明，隔震结构的周期明显增大，隔震层以上结构的地震作用显著降低，层间位移主要集中在隔震层。

【关键词】隔震结构；ETABS；橡胶隔震支座；罕遇地震

1、引言

隔震技术是一种新型安全有效的被动控制减震技术，已经应用于各类建筑中，取得了良好的减震效果。隔震设计是指在房屋基础、底部或下部结构和上部结构之间设置由橡胶隔震支座和阻尼装置等组成具有整体复位功能的隔震装置，从而延长整个结构的自振周期，远离场地卓越周期，减少输入上部结构的水平地震作用，达到预期减震的要求[1]。

2、工程实例

2.1 工程概况

本工程为框架结构，抗震设防类别为重点设防类（乙类）。建筑总高度为14m，地上2层，地下为隔震层。结构设计使用年限为50年，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第三组，地面粗糙度类别为B类，抗震设防烈度7度（0.1g）。

2.2 隔震支座的布置

根据《抗范》[2]和《橡胶支座 第3部分：建筑隔震橡胶支座》[3]中的要求，再由隔震支座厂家提供的支座参数（见表1），采用ETABS软件对结构进行分析，确定结构采用直径为700mm和900mm的橡胶隔震支座（其中LNR为普通橡胶隔震支座，LRB为铅芯橡胶隔震支座）。

为了减小结构扭转效应，将铅芯隔震橡胶支座都布置在结构的周边，并考虑抗风的要求，共布置了隔震支座24个，其中LRB700支座16个，LNR900支座8个，本工程隔震支座的平面布置图见图1。

图1 隔震支座平面布置图

2.3 抗风验算

采用PKPM计算结构在风荷载作用时的剪力，其隔震层在风荷载作用下的剪力标准值为423kN，小于结构总重力的10%，满足规范要求；根据表1，可计算出铅芯橡胶支座的屈服荷载，则γwVwk=1.4×423=592.2kN

2.4 动力时程分析

采用ETABS建立模型，模型中梁、柱和楼板只考虑弹性，梁、柱采用杆单元，楼板采用膜单元，隔震支座则考虑非线性，橡胶支座采用塑性连接单元（Rubber isolator）模拟。

对非隔震结构和隔震结构进行反应谱分析，对比其抗震性能。由于反应谱计算只能在弹性范围内进行，所以隔震支座在计算模型中只提供水平方向和等效线性阻尼；而对于非线性动力时程分析，隔震支座则定义为非线性连接属性。

由表2可知，采用隔震结构后结构的周期明显放大，因此反应谱计算中结构的地震作用会明显减小。分别对非隔震结构和隔震结构进行动力时程分析，得到非隔震结构和隔震结构层间剪力比值最大值为0.308，因此隔震后结构地震作用的地震影响系数为0.308×0.08/0.8=0.0308，可按6度地震影响系数进行计算。根据《抗规》[2]，可知采用隔震技术后上部结构的抗震措施可降低1度设防进行设计，但由于本工程抗震设防类别为乙类，故抗震措施仍按7度设防。

2.5 罕遇地震作用分析

对隔震结构在罕遇地震作用下进行计算分析，其在罕遇地震作用时隔震层的最大水平位移为114mm，按《抗规》[2]要求，竖向隔离缝宽度不宜小于隔震层在罕遇地震作用下最大水平位移的1.2倍，且不小于200mm，因此隔震缝宽不应小于200mm；隔震支座容许位移：U=min{0.55d，3h}=min{0.55×900，3×180}=540（mm），式中d为隔震支座有效直径；h为隔震支座橡胶层总厚度。因此，罕遇地震作用时隔震层最大水平位移114mm<540mm，满足要求；通过对隔震结构各种工况下轴向力进行组合，可得到罕遇地震作用下隔震支座没有出现拉力，满足《抗规》[2]中隔震支座在罕遇地震作用下支座拉应力不应大于1MPa的要求。对隔震层支墩，验算其在罕遇地震下的抗剪承载力，满足规范要求。

3 结论

通过对比非隔震结构和隔震结构在抗震设防烈度7度（0.1g）地震作用下反应谱分析结果和设防地震作用下、罕遇地震作用下動力时程分析结果，可得出以下结论：

（1）隔震结构的基本周期是非隔震结构周期的3倍以上，通过延长结构周期减小了地震作用对隔震层以上结构的影响。

（2）非隔震结构与隔震结构层间剪力比值最大值为0.308，计算出隔震结构在多遇地震作用时地震影响系数为0.0308，可按6度地震影响系数进行计算。结构抗震措施按设防烈度为7度执行。

（3）隔震层隔震缝宽度不应小于200mm。

（4）罕遇地震作用下，隔震支座受拉应力、隔震层支墩抗剪承载力满足规范要求。

参考文献

[1]周福霖.工程结构减震控制[M].北京，地震出版社，1997.

[2]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S].

[3]GB20688.3-2006，橡胶支座 第3部分：建筑隔震橡胶支座[S]