结构隔震设计在某学校建筑中的应用

李 朝 辉

(太原市龙城发展投资有限公司，山西 太原 030002)



结构隔震设计在某学校建筑中的应用

李 朝 辉

(太原市龙城发展投资有限公司，山西 太原 030002)

以山西省太原市某工程为例，阐述了建筑隔震设计的流程，并对隔震和非隔震分析结果进行了对比，从分析结果可知，采用隔震技术后，大大减小了上部结构的水平地震作用，有效地减小了上部结构在地震作用下的相对变形，从而保证主体结构、非结构构件的安全，以及内部设备功能完好，以使地震后能够正常运转。

隔震设计，减震系数，地震波，水平位移

0 引言

1 工程概况

本工程位于山西省太原市，抗震设防烈度8度(0.2g)，设计地震分组第二组，Ⅲ类场地，特征周期0.45 s，框架结构，地下2层，地上5层，其中-1层为隔震层，建筑结构高度19.00 m，宽18.50 m，高宽比1.03，属于乙类建筑。

2 隔震设计流程

1)隔震设计一般采用分部设计方法，即以隔震层为界分为上部结构、隔震层、下部结构，分别进行设计。

2)建立隔震和非隔震模型，非隔震模型按常规方法建立，通过在非隔震模型中的隔震层柱节点上布置隔震支座来建立隔震模型。

3)计算水平向减震系数β：对非隔震模型进行中震下的弹性时程分析；对隔震模型进行中震下的弹塑性时程分析或用FNA法；人工对比隔震模型和非隔震模型在每条地震波作用下的上部结构各楼层剪力值，所有比值中取最大值作为水平地震减震系数β。

4)求出隔震后的多遇地震的水平地震影响系数最大值αmax1。

5)在非隔震模型中输入αmax1并进行振型分解反应谱法计算，得到上部结构的配筋结果。

6)隔震层设计包括两部分，分别是隔震支座的验算及隔震垫下支墩的设计。对隔震模型进行大震下弹塑性时程分析，求出各隔震支座的反力、隔震支座的拉、压应力及位移；人工将支座拉压应力、支座位移和规范限值比较，看是否满足要求；用此过程得到支座反力对支墩进行配筋设计。

在市场经济条件下，各企业之间的竞争愈演愈烈，各企业在面对如此激烈的竞争时，往往会采用各种各样的手段来提高企业的效益，诸如采用赊销的办法来刺激企业产品的输出，减少产品的滞留，也能够使顾客更加愿意去购买相应企业的商品。然而，赊销政策的实施，虽有利于促进销售，但也往往会带来客户拖欠款的现象。企业收不回应收账款，会给企业带来一定的资金危机，从而使企业不能够持续稳定地发展。因此，市场上商业竞争过大也是企业应收账款制度现存的一个大问题。

7)对非隔震模型进行大震振型反应谱法计算，根据分析结果对隔震层以下结构进行构件的斜截面承载力验算；对非隔震模型进行中震振型反应谱法计算，根据分析结果对隔震层以下结构进行构件的正截面承载力验算。

8)对隔震模型进行大震弹塑性动力时程分析，判断隔震层以下地面以上的结构在罕遇地震下的层间位移角限值是否满足要求。

3 隔震支座布置及地震波的选取

3.1 隔震支座布置

隔震支座的布置遵循以下原则[2]：

1)乙类建筑中隔震支座平均压应力限值应不大于12.0 MPa，同一隔震层内各个橡胶隔震支座竖向压应力宜均匀。

2)隔震支座的极限水平变位应大于其有效直径的0.55倍和支座内部橡胶总厚度3倍二者的较大值。

3)在罕遇地震作用下，隔震支座不宜出现拉应力，当少数隔震支座出现拉应力时，其拉应力不应大于1 MPa。

本工程隔震层由无铅芯橡胶隔震支座和铅芯橡胶隔震支座组成。本工程共使用了32个隔震支座，各类型支座数量及力学性能参数详见表1和表2，隔震支座平面布置见图1。

表1 无铅芯隔震支座参数

3.2 计算模型的建立

本工程使用PKPM和ETABS建立隔震与非隔震结构模型，并进行计算与分析。为了校核模型的准确性，将EATBS和SATWE非隔震模型计算得到的质量、周期和层间剪力进行对比，见表3～表5。表中差值为(|ETABS-STWE|/SATWE)×100%，由对比结果可知两模型质量、周期和层剪力都非常接近。

表3 非隔震结构质量对比

SATWE/TonETABS/Ton差值/%900089730.3

表4 非隔震结构周期对比

表5 非隔震结构地震剪力对比

3.3 地震波选取

根据《建筑抗震设计规范》5.1.2条要求，选取了满足要求的5组实际记录和2组人工模拟时程曲线，基底剪力对比结果如表6所示。

表6 非隔震结构基底剪力

4 隔震结构的地震反应分析

4.1 隔震结构与非隔震结构的周期对比

隔震结构与非隔震结构的周期对比见表7，采用隔震技术后，结构的周期明显延长。

表7 隔震前后结构的周期

4.2 水平向减震系数

限于篇幅本文仅列举了其中三条波的分析结果，层间剪力及其比值见表8和表9，由计算结果可知，安装隔震支座后，结构层间剪力大大降低，分析得到隔震层以上结构隔震前后，层间剪力比值平均值的最大值为0.240。

表8 X向非隔震与隔震结构层间剪力及层间剪力比

表9 Y向非隔震与隔震结构层间剪力及层间剪力比

4.3 罕遇地震作用下隔震支座应力验算

隔震支座拉应力验算采用的荷载组合为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+0.5×竖向地震。限于篇幅本文仅选取了其中5个隔震支座的计算结果，见表10，隔震支座拉压应力均满足规范要求。

表10 罕遇地震下隔震支座拉应力和压应力

4.4 罕遇地震作用下隔震支座最大水平位移验算

隔震支座水平位移计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。限于篇幅本文仅选取了其中5个隔震支座的计算结果，详见表11，由计算结果可知，最大水平位移231 mm，小于0.55D=330 mm及3Tr=330 mm中的较小值，满足要求。

表11 罕遇地震各支座最大位移 m

4.5 其他

隔震设计时，还应计算的内容包括：隔震结构抗风验算、罕遇地震下隔震层支墩、支柱及相连构件的设计、隔震层以下直接支承隔震层以上结构的相关构件在中震下的抗震承载力验算及罕遇地震下的抗剪承载力验算、隔震层以下地面以上的结构在罕遇地震下的层间位移角限值验算等。限于篇幅，本文将不再赘述。

5 结语

本文对建筑结构隔震设计流程进行了简要的介绍；本工程采用隔震设计后，结构的周期延长了3倍左右，减震系数最大值为0.24，上部结构地震作用大为减小；隔震后结构的水平位移集中在隔震层，上部结构的相对变形很小，而非隔震结构的相对变形很大，会造成上部结构的破坏；非隔震结构相比隔震结构来说，加速度放大数倍，房屋剧烈晃动，梁柱损坏，内部装饰、设备破坏，而隔震结构的加速度大为减小，房屋缓慢平动。

[1] 苏经宇,曾德民,田 杰.隔震建筑概论[M].北京：冶金工业出版社,2012.

[2] GB 50011—2010,建筑抗震设计规范[S].

Application of structural seismic isolating design in the school building

Li Zhaohui

(TaiyuanLongchengDevelopmentInvestmentCo.,Ltd,Taiyuan030002,China)

Taking Taiyuan engineering in Shanxi province as an example, the paper describes the building seismic isolation designing procedures, compares seismic isolating and seismic non-isolating analysis results. According the analysis results, it finds out that: through applying seismic isolating technology, it reduces the horizontal seismic action of upper structure as much as possible, effectively reduces the relative deformation of upper structure under seismic action. Therefore, it guarantees the major structure and non-major structure safety and great internal equipment, so as to realize normal operation after earthquake.

seismic-isolating design, seismic reducing coefficient, seismic wave, horizontal displacement

1009-6825(2017)15-0029-03

2017-03-15

李朝辉(1983- )，男，工程师

TU352.1

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