阴 毅

(山西省第二建筑设计院，山西 长治 046000)

谈建筑结构隔震设计中应重视的内容

阴 毅

(山西省第二建筑设计院，山西 长治 046000)

从性能化设计思想、地震波的选取、隔震层参数设计、下部结构设计、地基基础等几个方面出发，对建筑结构隔震设计中应重视的内容进行了探讨，提出了在满足国家规范和规程的基础上，加强结构隔震设计的方法，使隔震技术设计水平得到进一步的提升。

隔震设计，地震波，参数，弹塑性分析

1 概述

随着社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，在工程设计中贯彻执行国家抗震法律及规范，增加民用建筑的抗震能力和抗震性能，使其在地震时和地震后能基本保持预定的使用功能从而最大程度降低地震对生命财产的危害影响是每个工程设计人员所肩负的职责。结构隔震技术以其优良的减震效果、安全性、耐久性、经济性、实用性，在建筑工程中应用日趋增多。为响应贯彻国家“建质[2014]25号”和“晋建质字[2014]115号”文件并使该设计方法更加有效发挥其优良的抗震性能，笔者认为有以下几点内容在工程设计时应加强重视。

2 应重视的设计内容

2.1 性能化设计思想

隔震设计从某种方面上讲就是性能化设计思想的体现，而确定性能化设计的目的在于明确整体结构的抗震设防目标和各分部构件的性能水准，使抗震设防目标更加细化并充分考虑结构用途、业主和使用者的特定性要求，在设计时做到有的放矢，使隔震建筑能在完成预定功能过程中达到安全性和经济性的最佳平衡点。

结构整体性能目标可参考表1。

表1 结构整体性能目标参考表

大震下应控制位移角，其目的在于：1)使大震下有较高的抗震安全性建筑及重要和避险等地震中不能中断使用功能的建筑达到预期设计要求；2)出于经济性考虑，如果大震下不控制合理的结构变形，则可能导致结构破坏而需大修，则总体造价会增加，这与设置隔震层的初衷相背离；3)上部结构抗震措施降低使延性降低，可能导致大震下完成预定功能概率降低。

大震下楼层弹塑性位移角的确定：可按《建筑抗震设计规范》附录M.1.3根据不同破坏状态确定，或参照《建筑工程抗震性态设计通则》第11.1.5和6.6.8条按不同类别使用功能建筑综合考虑确定。

2.2 适用范围

规范规定的建筑隔震设计仅限于橡胶隔震支座(包括天然橡胶支座和铅芯橡胶支座)。当采用其他类型隔震器如高阻尼橡胶隔震支座、滑板隔震支座，应进行专门研究。

不隔震时基本周期小于1.0 s的建筑结构采用隔震技术效果最佳；但超过1 s的结构有可能同样有效，故规范对周期要求放宽。

根据橡胶隔震支座水平抗拉屈服强度低的特点，需限制非地震作用的水平荷载。风荷载及其他非地震作用水平荷载标准值产生的总水平力不宜大于结构总重力的10%。

对高宽比大的结构，需进行整体倾覆验算，防止支座压屈或出现拉应力超过规范规定。

在Ⅳ类场地建造隔震房屋时，应进行专门研究和专项审查。

一般情况下隔震层的位置位于第一层以下。当位于第一层及以上时，隔震体系的特点与普通隔震结构可有较大差异，隔震层以下的结构设计计算也更复杂，应进行专门详细的研究。

隔震支座只具有隔离水平地震的功能，对竖向地震没有隔震效果，隔震后结构的竖向地震力可能大于水平地震力，应予以重视并做相应的验算，采取适当的措施。

2.3 地震波的选取

反应谱是一定地震反应的概率统计结果包络曲线，本质是输出谱；地震波经傅立叶变换得到的频谱曲线虽然与规范反应谱曲线有一定的相似性，但二者本质不同，本质是输入谱。地震波的离散性很大，每条波都是离散的单一样本，相近地震动参数(卓越周期、场地类别、加速度峰值和持续时间)的地震波时程反应结果往往相差很大，因此设计时应尽可能多地搜集地震波样本，在其中应仔细甄别。

波形选取原则应遵照规范的要求综合考虑(选取原则参见规范GB 50011—2010第5．1．2条、CECS 160∶2004第11.2.3条和CECS 126∶2001第4.2.10条)。在此原则上为取得最不利效果，建议采取以下方法：1)初步设计完成后对隔震结构进行模态分析，找出对应于隔震层的周期和上部结构的周期，其中以隔震层为主要变形的记为第一模态，以上部结构为主要变形的记为第二模态，以隔震层扭转为主要变形的记为第三模态；2)考察并选取用于分析的地震波卓越周期宜分别与以上三种模态尽量接近。如果波形资料充足，应尽可能多的选取多波形分析并不少于七组取其分析的平均值进行设计。

2.4 隔震层参数的设计及分析方法

大震下隔震层的良好柔度和耗能能力阻隔了大部分地震能量向上部结构的传递，如果隔震层失效则整体结构失去抵抗地震作用的屏障，本质上是单一抗震防线结构体系，因此隔震层的设计是整个结构抗震设计的关键，应遵循“大震不坏”的设计原则。

隔震层包括隔震支座、阻尼装置、抗风装置和限位装置，阻尼装置和抗风装置可与隔震支座合为一体也可单独设置。

隔震层布置宜遵循规范CECS 126∶2001第4.3.1条规定。

隔震层设计内容应满足：竖向承载力、必要的水平刚度、设防烈度下的水平恢复力和阻尼以及罕遇地震下水平位移和稳定性要求(保证在地震中保持稳定，不宜出现不可恢复的变形)，应控制橡胶支座在罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下，拉应力不应大于规范限值。

隔震层应满足必要构造措施。

分析方法，一般情况下，宜采用时程分析法进行计算，当为砌体房屋或周期与砌体房屋相当且满足规范CECS 126∶2001第4.1.1条时可采用等效侧力法。时程分析法所采用的恢复力模型可按表2确定，采用普通叠层橡胶支座时还应考虑抗风装置等提供的刚度及阻尼器阻尼，其中模型参数应通过试验确定。

表2 两种支座滞回曲线和恢复力模型汇总表

2.5 下部结构罕遇烈度抗震验算

当房屋采用层间隔震时(设置在地下室、一层柱顶或多塔楼的底盘上)，应重视下部结构设计。由于设置了隔震层使传统结构水平地震力传递机制发生改变而导致下部结构直接承受很大的地震基底剪力和倾覆力矩。

当采用层间隔震时，隔震层下部结构应满足规范GB 50011—2010第12.2.9条嵌固端刚度比和罕遇烈度下承载力验算和弹塑性变形验算的要求。其层间弹塑性位移应考虑P—δ效应。

隔震层下部结构承载力验算应根据结构性能目标按关键构件进行设计。《抗震规范》未具体明确验算方法，本文认为可参考JGJ 3—2010第3.11节关于结构抗震性能设计的规定进行设计，具体见表3。

表3 结构抗震性能设计参数表

2.6 地基基础设计

根据规范GB 50011—2010第12.1.3条，隔震结构应选用稳定性较好的基础类型。高宽比大于4的结构小震下基础不应出现拉应力。

湿陷性场地建筑宜采用完全消除场地湿陷的地基处理方法，对于部分消除湿陷性的设计应执行GB 50025—2004湿陷性黄土地区建筑规范附录G的规定要求。

对于软弱场地基础设计宜按变形设计，考虑调平设计方案，调节沉降差，优先采用桩基础。

对于液化场地，甲、乙类建筑的抗液化措施应按提高一个液化等级确定，直至全部消除液化沉陷。

基础设计时可按本地区抗震设防烈度进行内力计算和承载力验算。进行基础布置时，宜考虑竖向刚度调平设计，使基底反力尽量趋于一致，避免较大的差异沉降。因隔震支座抗拉强度很小，故在进行基础设计时不能考虑上部结构刚度的贡献，设置变形缝两侧地基基础宜加强。

以上浅见是个人关于建筑结构隔震设计的一些理解和体会，供同行参考并在相关设计中能加强关注从而使建筑结构隔震设计更加安全、经济。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[2] JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3] CECS 160∶2004，建筑工程抗震性态设计通则(试用)[S].

[4] CECS 126∶2001，叠层橡胶支座隔震技术规程[S].

[5] 李 刚，程耿东.基于性能的结构抗震设计、理论和方法[M].北京：科学出版社，2004.

[6] 党 育，杜永峰，李 慧.基础隔震结构设计及施工指南[M].北京：中国水利水电出版社，知识产权出版社，2007.

[7] 谭 平，周福霖.国家标准《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)疑问解答(八)[J].建筑结构，2011，41(7)：128-129.

Discussion on seismic isolation design matters of building structure

Yin Yi

(Shanxi2ndBuildingDesignInstitute,Changzhi046000,China)

Starting from aspects of performance optimizing design concept, seismic wave selection, seismic isolation parameter design, the lower structure design, and foundation base, the paper explores architectural structure seismic isolation design matters, and puts forward some suggestions of strengthening seismic isolation design on the basis of meeting national demands, so as to further improve seismic isolation design level.

seismic isolation design, seismic wave, parameters, elastic-plastic analysis

2014-12-12

阴 毅(1978- )，男，硕士，工程师，一级注册结构工程师

1009-6825(2015)06-0038-02

TU352.1

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