浙江建筑，第33卷 ，第 11期，2016年 11月 ZhejiangConstruction，Vo1．33，No．11，Nov．2016 高烈度地震区结构隔震和消能减震设计 DesignoftheStructuralSeismicIsolationandEnergy DissipationfortheHighIntensitySeismicRegion 许楚平 XU Chuping (江苏省建筑设计研究院有限公司，江苏 南京 210019) 摘 要：以江苏银行宿迁分行和宿迁市公共卫生服务中心两个建筑实体为例，分析了高烈度地震区结构隔震与消能减震设计的 过程。首先进行了高烈度地震区结构采用隔震及消能减震技术的可行性及必要性的分析，其次介绍隔震结构与消能减震结构的设计 过程 ，并对隔震结构及消能减震结构整体抗震性能进行评价 。最后，做出对隔震结构与消能减震结构设计方法的对 比。分析结果表 明：隔震及消能减震结构具有 良好的抗震性能 ，在罕遇地震作用下 ，抗震性能表现 良好 。 关键词 ：高烈度地震 ；隔震 ；消能减震 中图分类号 ：TU352．1 文献标志码：B 文章编号：1008—3707(2016)11—0016—05 震作用相应加大，结构层间剪力及位移将大幅度增 1 概 述 加 ，且很多构件有超筋现象发生 ，抗震性能不佳 ，较 世界两大地震带在我国交汇 ，我国大部分地区 难满足规范要求 ，也会影响建筑 的正常使用功能。 都是地震区，其 中不少地 区为高烈度地震区，如江苏 《抗规》提供的隔震及消能减震 (以下简称减震)抗 省宿迁市 。根据 《建筑抗震设计规范(GB50011-- 震设计理论 ，主 旨是 “柔 ”—— 以柔 克刚，用隔震减 2010)》(以下简称 《抗规》)宿迁市抗震设防烈度为 震构件的变形来消耗地震作用所产生 的能量。这 8度 (0．30g)，设计地震分组为第一组 ，水平地震影 样，上部结构承受地震作用减小 ，结构层间剪力及位 响系数 … 取 值 ：小震 0．24，中震 0．68，大震 移也相应减少 ，较易满足现有规范要求 ，抗震性能得 1．20…。随着我国国民经济的发展，很多高烈度地 到提高 ，这是抗震设计理论的新发展。 目前 ，隔震与 震区兴建 了不少高层建筑。由于高烈度地震区高层 减震技术 已在许多地震频发的国家与地区得到广泛 建筑承受 的地震作用大 ，传统 的抗震设计理论 已不 的应用 ，如 日本新建筑几乎都要采用隔减震技术。 能满足建筑设计的要求 ，需采用新 的抗震设计方法 有关 国家对隔减震技术进行 了深入的研究，积累了 来解决问题。 相当多的工程实践经验 ，并制定 了隔减震技术设计 指南或设计规程 。我国2010版 《抗规》也对 隔 2 隔震及消能减震设计可行性及必要性分析 减震有关规定进行 了修订，为高烈度地震区采用隔 通常作为公建的高层建筑一般采用框架剪力墙 减震技术提供了更广泛的空间。根据国内外隔减震 结构，在高烈度地震区如按传统方法设计，需加大框 技术研究和工程实践经验，可认为隔震及减震技术 架、剪力墙截面尺寸和数量，来抵抗较大的地震作 是减轻建筑物地震灾害的有效技术 ¨。 用。这样的设计 ，增加了结构本身 的质量和刚度 ，地 下面就笔者在高烈度地震区宿迁市采用隔减震 收稿 日期 ：2016—08一O2 作者简介 ：许楚平(1964一)，男，江苏南京人，高级工程师，从事建筑结构设计工作。 第 11期 许楚平 ：高烈度地震区结构隔震和消能减震设计 17 技术设计的工程 ，简要介绍隔减震设计的全过程。 3．1 建立隔震计算模型 该工程隔震分析采用 ETABS软件，时程计算所 3 隔震设计 需的地震波根据 《抗规》要求选取 ，利用 ETABS软 江苏银行宿迁分行主体建筑地上 16层 ，地下 1 件 中的连接单元来模拟隔震支座 ，建立相应 的隔震 层，建筑高度61．2in，主要功能为营业、办公及业务用 结构计算模型，上部结构计算采用 SATWE软件 。 房等 ，部分楼层建筑平面见图 1、图2，主体结构采用 分别采用 SATWE软件与ETABS软件对该工程非隔 钢筋混凝土框架剪力墙结构。根据初步设计分析 ，如 震结构模型进行分析 必赢网址，两种软件分析结果如质量、自 采用传统抗震设计方法 ，因层 间位移较大，需要增设 振周期、层 间剪力及层 间位移角误差率均不大于 较多的抗震墙才能满足规范要求 ；这样势必影响建筑 5％，可认为 ETABS软件建立的计算模型准确可靠 ， 的正常使用功能，且大部分构件超筋 ，抗震性能不佳。 可采用该模型进行隔震分析。 采用隔震技术：在上部结构与地下室之间设置由橡胶 3．2 隔震支座的布置 隔震支座及阻尼器组成的隔震层，以延长主体结构的 该工程采用隔震结构后预期抗震 目标 ： 自振周期。这样，输入上部结构的地震作用将大幅度 1)上部结构按抗震设防烈度 降低一度 即 7度 降低 ，也相应减小了层间剪力及层间位移角，从而可 (0．15g)设计 ； 满足规范设计要求 ，主体结构的抗震性能也得到提高。 2)大震时上部结构层间位移角不大于 1／100。 江苏银行宿迁分行抗震设计概况等详见文献[8]。 依据上述 目标设置隔震层 (层高 2m)，并在其 中布置橡胶隔震支座、阻尼器。布置要点：对称、控 制偏心率 ，减小扭转效应 ；各隔震支座下压应力相差 ：：： … 置J蹦越_薪【 不大，且最大压应力满足 《抗规》要求；具有足够的 初始刚度 ，使主体结构在风载、微震等水平荷载作用 l 』 Ti … i 上 _-—一 j r_丁■门：rl1一r■ 下保持稳定；隔震支座屈服后应具有相应的水平刚 I j 度 ，使主体结构在大震作用下具有抵御地震作用的 i ： { — — 一 J… ……’…～_～ … 一 ‘●卜一‘一--…■一 一……■ ……一…… 一 } ： 能力。为达到预期抗震 目标 ，采用 ETABS软件对隔 } 震结构进行多轮时程分析及优化，最终确定布置隔 ． … … ， ，… 0 二 一一…… ’一 —— 吨 r-…一-％‘~t 震支座共38个 (铅芯橡胶支座32个 、无铅芯橡胶支 座6个)，粘滞 阻尼器共 7组 。隔震装置平面见 — ’n ㈨ l ：…,Nf／l…--·一… …}． 图3、图4。 10100 l 6200 l2500I L,2fl~ 2g00l 8700 l l0100 }。 图 1 2层平面 图 r。1LRB900*—．J… 一 苫 一 LRFITO0 lI !l 。’ 8l …— …一一j辞一={ … ；日詈一 ~j j： 昌 RB 唁 。。 一 一1 … l } · LU li ． I三一 }一m·{}I一 oo 茹篇菰 RB0 - 一 … §l0。。厶，lI一一 一 … 一一===一= …一=8窖 冲t=一÷曩 h ● I 簧 L}—RB700苛一：=摊I … l =}霉I一一 n l ： m 一 == {}t扣 。 一 j；一：：辱墨 n ： } n 譬。∞ 10： ：：LRBT00{ bLRBTO0 lE ”嘈 BLR~；；LRBl目 ： L： ii D ’I一一 量一… 目二：翊=l一，==}一{一‘一j{翌量LRB700委l。 日一一 10 100 10100 ‘ 图3 隔震装置平面 3．3 隔震结构减震 系数确定 按设防地震烈度 8度(0．30g)，采用 ETABS软 图2 标准层平面图 件对该工程非隔震模型和隔震模型进行时程分析 。 浙 江 建 筑 2016年 第 33卷 3．5 隔震结构支墩及地下结构设计 按 《抗规》要求，将大震作用下各隔震支座的最 大内力作用于支墩 ，用于支墩及地下结构的设计 。 l 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 减震设计 4抒 加9 2 l O 34 5 4 l 7∞3 9如 2 6 宿迁市公共卫生服务 中心主楼为地上 13层 ，地 下 1层 ，建筑高度为 54．9m，主要功能为试验、办公 及业务用房等 ，主体结构采用钢筋混凝土框架剪力 墙结构。根据初步设计分析，由于结构层间地震剪 力较大 ，按照现有建筑平面布置剪力墙 ，层 间位移不 1 l l 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 能满足规范要求 ，且大部分构件超筋 ，抗震性能不 5 8 9 7 5 O 犍9 O醯 8 O 3 7 5∞ 6如 2 图4 隔震层实景图 佳。采用减震技术 ：在楼层布置 软钢 阻尼墙 (位移 结果显示 ，隔震结构在多遇地震作用下 向及 l，向 相关型)，通过其相对变形给结构提供附加阻尼，以 的层间位移角均不大于 1／800，满足 《抗规》的要求。 消耗输入主体结构的地震作用…，相应减小结构的 该工程采用隔震前后楼层剪力对 比见表 1。 层间剪力 ，层间位移角可满足规范要求 ，且构件配筋 表 1 隔震结构和非隔震结构地震楼层剪力对比 合必赢网址理 ，提高了结构的抗震性能。宿迁市公共卫生服 务 中心抗震设计概况等详见文献[9]。 4．1 建立减震计算模型 该工程减震分析采用 ETABS软件 ，时程计算所 17层 1033 0．246 1416 0．208 16层 2613 O．271 3713 0．223 需的地震波根据 《抗规》要求选取。建立减震结构和 l5层 4016 0．282 5480 0．233 非减震结构的有限元模型，并进行结构的静 、动力计 14层 5140 0．294 6693 0．249 13层 5973 0．308 7404 0．268 算分析 ，获取结构在弹性和弹塑性阶段线 应，为减震设计提供依据。分别采用 SATWE软件与 11层 7157 O．333 8 202 0．303 ETABS软件对该工程非减震模型进行分析 ，两种软件 1O层 7722 0．340 8475 0．316 9层 8299 0．340 8 576 0．330 分析结果如质量、自振周期、层 间剪力及层间位移角 8层 8811 0．338 865l 0．343 误差率均不大于5％，可认为ETABS软件建立的计算 7层 9298 0．333 9479 0．329 模型准确可靠，因此采用该模型进行减震分析 ，且 6层 9753 0．327 l0421 O．314 5层 10216 0．324 11353 0．300 SATWE软件可进行简化的减震结构设计。 4层 10616 0．323 12 217 0．287 4．2 减震部件 (软钢阻尼墙)的布置 3层 10997 0．322 12894 0．277 2层 11728 0．315 14 35l 0．254 该工程采用减震结构后预期抗震 目标 ： 1层 12561 0．308 l5438 O．245 1)在抗震设 防烈度 8度 (0．30g)地震作用下 ， 弹性层间位移角不大于 1／800； 如表 1所示 ，隔震效果显著 ，、l，向楼层剪力最 2)大震时结构层必赢网址间位移角明显小于 1／100。 大比值均小于0．4，水平 向减震系数 0．4，按 《抗 依据上述 目标布置软钢阻尼墙 ，布置要点： 规》规定 ，隔震层 以上结构可按设防烈度 7度 (0．15 1)双向、对称 ，使得结构整体在两个方 向都有 g)进行设计 ，实现了预期的抗震设计 目标 。上部结 附加阻尼及刚度 ，并减小扭转效应 ； 构采用 SATWE软件进行多遇地震分析

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