某高层建筑结构隔震设计研究

摘要：本文对某高层建筑结构采用隔震技术设计，通过有限元分析软件对采用橡胶隔震支座设计后的隔震结构同非隔震结构计算结果进行对比分析，并对计算结果进行分析研究。 关键词: 高层建筑；隔震设计；有限元计算；对比分析； abstract：in this paper, a high-rise building structure using isolation technology design through finite element analysis software on the isolated structure using rubber bearings with non-isolated structure calculation results were analyzed, and the results were analyzed.

key words: high-rise building; isolation design ;finite element calculation;comparative analysis 中图分类号：[tu208.3] 文献标识码：a 文章编号：

地震是一种危及人类生命财产安全、破坏性极大的突发性自然灾害，是人类所面临最大的自然灾害之一。减小房屋地震灾害，是世界各国结构工程设计人员必须解决的重要课题。理论研究和多次地震经验表明，采用隔震技术是增强房屋抗震性能的有效方法，本文对某高层建筑结构采用隔震技术设计，通过有限元分析软件对采用橡胶隔震支座设计后的隔震结构同非隔震结构计算结果进行对比分析，并对计算结果进行分析研究。 1 工程概况

该高层建筑结构形式为现浇钢筋混凝土框架-抗震墙体系，地上

十三层（局部十四层），地下一层，隔震房屋高65.45m，平面尺寸为59.4m ×40.3m，建筑物抗震设防类别为乙类，地面粗糙度为b类，设计使用年限为50年，设计地震分组为第三组，ii类场地，地区风压为0.5kn/m2 ，建筑结构安全等级为二级，框架抗震等级为二级，抗震墙抗震等级为一级，抗震设防烈度为7.5度，8度的抗震构造措施，场地特征周期为0.45s，采用筏型基础。 2 隔震支座的布置和选型

本工程结构隔震层共布置了63个橡胶支座，共选择了3个型号。其中直径700mm的支座共23个，直径1000mm的支座共31个，直径1200mm的支座共9个。布置隔震橡胶支座后，该结构隔震层x、y方向整体偏心率计算结果为x和y方向的偏心率分别为2.27%和-1.48 %。两方向的偏心率均小于3%，说明隔震层布置规则，质心和刚心比较重合。

3 隔震结构计算与分析（时程分析法） 3.1 计算模型

本隔震设计采用目前国际通用的etabs非线性版计算软件。根据pkpm设计结果，建立隔震结构的etabs计算分析模型，对隔震结构进行动力非线性时程分析，验证隔震结构的减震效果。所建立的该隔震结构空间杆系有限元计算模型参见图1。 图1 隔震结构有限元模型图

该建筑结构属乙类建筑，按《建筑抗震设计规范》（gb50011-2010）要求不少于3条地震波，本工程设计采用3条地震波。其中，人工

合成加速度时程曲线（人工波）1条，强震记录2条（ el centro波）和（taft波）。 3.2 结构自振特性计算

隔震与非隔震结构自振周期动力特性的计算结果参见表1，可见，隔震后结构第1周期由1.743 s 增加到3.994s。 表1 结构周期计算对比

3.3 结构水平剪力计算

多遇地震作用下，该结构x向各层剪力对比包络图见图2~图5。 图2el centro波多遇地震下 x向层间剪力对比

图3taft波多遇地震下 x向层间剪力对比 图4人工波多遇地震下 x向层间剪力对比

图5多遇地震下 x向层间剪力平均值对比

由以上图表可见，在多遇地震作用下，该建筑结构隔震层上部结构x向层间剪力v（隔震）/v（非隔震）最大值为0.48。该建筑结构水平剪力的减震控制效果在52%～75%之间。

多遇地震作用下，该结构y向各层剪力对比包络图见图6~图9。 图6el centro波多遇地震下 y向层间剪力对比 图7taft波多遇地震下 y向层间剪力对比 图8人工波多遇地震下 y向层间剪力对比

图9多遇地震下 y向层间剪力平均值对比

由以上图表可见，在多遇地震作用下，该建筑结构隔震层上部结构y向层间剪力v（隔震）/v（非隔震）最大值为0.37。该建筑结构水平剪力的减震控制效果在63%～88%之间。 3.4 结构水平位移计算

多遇地震作用下，隔震后该建筑结构隔震层上部结构x向层间位移角倒数最大值为1/7062，即多遇地震作用下，隔震后上部结构处于弹性状态，满足规范关于框架剪力墙结构层间弹性位移角限值1/800的要求。多遇地震作用下，隔震后该建筑结构隔震层上部结构y向层间位移角倒数最大值为1/3568。即多遇地震作用下，隔震后上部结构处于弹性状态，满足规范关于框架剪力墙结构层间弹性位移角限值1/800的要求。

罕遇地震作用下，隔震后该建筑结构隔震层上部结构x向层间位移角倒数最大值为1/1301。即罕遇地震作用下，满足规范关于框架剪力墙结构层间弹塑性位移角限值的要求。隔震后该建筑结构隔震层上部结构y向层间位移角倒数最大值为1/825。即罕遇地震作用下，满足规范关于框架剪力墙结构层间弹塑性位移角限值的要求 罕遇地震作用下，该建筑结构隔震层的最大水平位移见表2。由表中数据可见隔震支座最大位移满足要求。 表2 罕遇地震下住院楼隔震层的最大水平位移

3.5隔震支座应力分析

隔震支座面压分长期和极值面压分别控制，长期面压考虑了结构重力荷载代表值的作用。极值面压考虑了重力荷载代表值、罕遇地震动沿x和y轴输入、竖向地震作用，其中极值极大面压的轴力计算为：1.2×恒载+0.5×活载+1.0×罕遇水平地震力产生的最大轴力+0.3×竖向地震力产生的轴力；极值极小面压的轴力计算为：0.8×恒载+0.5×活载-1.0×罕遇水平地震力产生的最大轴力-0.3×竖向地震力产生的轴力。

计算得出该建筑结构隔震支座最大长期面压为11.85mpa，极值极大面压为23.76 mpa，极值极小面压为-0.42 mpa，均满足我国《建筑抗震设计规范》（gb 50011-2010）的相关规定，说明隔震层具有足够的稳定性和安全性。 4. 隔震结构抗风验算

根据pkpm风荷载计算结果，该建筑结构所能承受的最大风荷载分别为=4199.2×1.4=5878.88kn。隔震层抗风能力标准值为： 103×4+303×7+423×9+19×1.077×5%×137.8+24×1.546×5%×137.8 =6737kn

隔震层抗风能力设计值为： =6040kn >

因此，由以上计算可知，该建筑结构满足抗风能力设计的要求，隔震层的抗风能力足够。

5.隔震层的连接构造措施

隔震支座的上、下联结板与上、下部结构分别采用螺栓连接，该螺栓应该采用可拆换性的外插入螺栓联接方案。所有联结螺栓或锚固钢筋，均按罕遇地震作用下产生的水平剪力、弯矩和可能出现的拉力进行强度验算。穿越隔震层的楼梯在隔震层水平处设水平缝，缝高（竖向隔离空隙）20mm。隔震层以上的上部结构与周边任何固定物均应有隔离空隙。竖向隔离空隙为20mm，水平隔离空隙为1.2倍罕遇地震时隔震支座最大水平位移。不得有任何固定物对上部结构的水平移动形成阻挡。所有竖向隔离空隙形成的水平缝均充填柔性粘结胶料，以防鼠虫等爬入或砂尘、风雨飘入。包括出入口、踏步、台阶、室外散水等建筑节点的柔性处理，其原则是不阻挡上部结构在地震时的水平摆动。穿越隔震层的管线在隔震层处设置柔性段，应在隔震层处留足多余的长度。 6. 结语

本文对该建筑结构隔震体系进行了系统的计算和分析，得到了以下结论：高层建筑结构只要控制好结构布置的规则性和满足建筑结构高宽比的限值要求，高层建筑结构采用隔技术设计是完全可行的，采用隔震设计后减震效果明显，能有效提高建筑的抗震性能。 参考文献：

周福霖. 工程结构减震控制[m]. 北京: 地震出版社

中华人民共和国建设部. 建筑抗震设计规范(gb50011-2010)[s]. 北京: 中国建筑工业出版社