徐莉

（中国中元国际工程有限公司，北京 100089）

1 工程概况

云南省疾病预防控制中心位于昆明市呈贡区。生物安全楼主要功能有菌种库及P2、P3实验室。生物安全楼地上4层，局部3层，存在局部错层结构，无地下室，结构房屋高度H=19.50 m，建筑尺寸为36.20 m（长）×30.60 m（宽）。主要柱网7.20 m×6.90 m，7.20 m×7.90 m。首层层高4.80 m，2~4层层高4.80 m，局部3层层高7.0 m。

2 设计参数

2.1 抗震设防分类

依据GB 50223—2008《建筑工程抗震设防分类标准》（以下简称《分类标准》）[1]第4.0.6条“承担研究、中试和存放剧毒的高危险传染病病毒任务的疾病预防与控制中心的建筑……，生物安全楼应划分为特殊设防类。”

2.2 地震安全性评价报告

2.2.1 安评报告参数

依据《分类标准》第3.0.3条“特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用”。依据《云南省区域性国际疾病预防控制中心建设项目生物安全楼工程场地地震安全性评价报告》，50年超越概率值63%、10%、2%对应的特征周期Tg分别为0.60 s、0.70 s、0.90 s；水平地震影响系数最大值αmax分别为0.232、0.687、1.206。

2.2.2 安评参数与国标参数对比结果

本工程抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度峰值为0.2 g，设计地震分组第三组，Ⅲ类场地，场地特征周期0.65 s。在主要周期点上安评报告对比规范反应谱可知，本工程设防烈度按9度（0.40 g）参数，地震作用取包络，即多遇地震和设防地震时按9度（0.4 g）取用，罕遇地震时按项目《地震安全性评价报告》结果取用，在罕遇地震作用下分析时，地震作用放大8%。

2.3 结构的安全等级、设计工作年限及抗震设防标准

本工程采用GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》（2016年版）（以下简称《设计规范》）[2]第12章分部设计法的隔震设计。结构的安全等级、设计工作年限及抗震设防标准如表1所示。

表1 结构的安全等级、设计工作年限及抗震设防标准

3 隔震结构抗震分析

3.1 多遇地震分析

采用YJK软件对隔震层以上结构进行小震弹性分析。生物安全楼结构体系为钢筋混凝土框架结构，平面规则，竖向局部存在个别构件错层，框架抗震等级为一级，错层柱抗震等级提高为特一级。周期折减系数0.7，考虑双向地震扭转效应、偶然偏心的影响。计算结果表明，结构第一扭转周期比第一平动周期为0.86 s，两方向层间位移角最大值为1/560，层间侧向刚度比＞1.0，不存在薄弱层。各项小震计算指标均符合规范要求。

3.2 地震波的选取

本工程同时采用ETABS模型建立隔震与非隔震结构模型，并进行罕遇地震验算。选取了7条时程曲线，5条天然波（T1~T5）和2条人工波（R1和R2），7条时程反应谱和规范反应谱基底剪力对比结果如表2所示，满足每条时程计算的结构底部剪力应不小于振型分解反应谱计算结果的65%，多条时程计算的结构底部剪力的平均值应不小于振型分解反应谱法计算结果的80%的限值。

3.3 隔震层设计

3.3.1 隔震支座布置

本工程采用橡胶隔震支座，每根柱下布置1个支座，为增强结构的抗扭能力，周边布置铅芯橡胶支座LRB900，中部结合上部结构刚度变化局部布置无铅芯橡胶支座LNB900，支座布置如图1所示。

图1 隔震支座编号及布置图

本工程共使用了30个支座，橡胶支座符合《设计规范》的要求：同一隔震层内各个橡胶隔震支座的竖向压应力宜均匀，竖向平均应力不应超过甲类建筑的限值10 MPa；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；在罕遇地震作用下，隔震支座的水平位移限值应小于其有效直径的0.55倍和各橡胶层总厚度3倍二者的较小值。

表2 非隔震结构基底剪力

3.3.2 验算隔震结构的偏心率

隔震层刚度中心与质量中心宜重合，控制隔震结构的偏心率设防烈度地震作用下不宜大于3%。本工程两个方向偏心率分别为：X方向1.04%，Y方向1.08%，满足规范要求。

3.3.3 验算隔震支座压应力

在荷载组合为：1.0倍恒载+0.5倍活载，各个支座压应力最大值为8.25 MPa，小于甲类建筑的限值10 MPa。

3.4 设防地震分析

3.4.1 隔震前后周期比较

设防地震作用下，隔震结构第一周期T1=2.676 s，隔震前结构第一周期T′1=0.835 s，结构的周期延长约3倍，地震效应明显减少。

3.4.2 水平向减震系数

隔震层以上结构的水平地震作用可根据水平向减震系数确定。本工程为多层结构，其层间剪力比值的最大值为β=0.232，根据《设计规范》第12.2.5条，隔震后水平地震影响系数最大值αmax1＝βαmax/ψ=0.232×0.32/0.85=0.087（其中，αmaxl为隔震后的水平地震影响系数最大值；αmax为非隔震的水平地震影响系数最大值；β为水平向减震系数；ψ为调整系数；一般橡胶支座，取0.80；支座剪切性能偏差为S-A类，取0.85；隔震装置带有阻尼器时，相应减少0.05）。根据条文说明12.2.5条“表7水平向减震系数与隔震后结构水平地震作用所对应烈度的分档”，按水平向减震系数0.232＜0.27，上部结构设计隔震后水平地震影响系数最大值取为0.12。

3.5 罕遇地震分析

3.5.1 支座最大剪力和最大轴力

根据《设计规范》第12.2.9条规定：隔震层的支墩、支柱及相连构件满足罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩的承载力要求；隔震层以下的地下室满足嵌固刚度比和隔震后设防地震的抗震承载力要求，并满足罕遇地震下的抗剪承载力要求。罕遇地震下验算隔震层的位移，同时得到轴力、剪力用于支墩设计,本工程支座剪力VX=1 014 kN，VY=1 012 kN。

3.5.2 隔震层水平位移计算

罕遇地震下隔震层最大水平位移429 mm，小于0.55D=495 mm（D为最小隔震支座直径，本工程采用隔震支座最小直径为900 mm）及3Tr≥495 mm（Tr为最小隔震支座的橡胶层总厚度165 mm）中的较小值，满足要求；端部支座最大位移429 mm，放大1.15倍后为493 mm，满足支座位移要求。

3.5.3 隔震支座拉应力验算

根据《设计规范》第12.2.4条：隔震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1.0 MPa。经计算，罕遇地震下仅个别支座存在拉应力，5号支座（LRB900-Ⅱ）产生的拉应力0.04 MPa，隔震支座拉应力满足规范要求。

3.5.4 隔震支座支墩设计

下支墩设计内力为罕遇地震作用下的支座最大剪力和最大轴力，支墩高度H=400 mm，考虑剪力的附加弯矩后，支墩配筋如图2所示（La为钢筋锚固长度）。支墩处钢筋较密，且需预埋支座定位板，纵筋在柱顶弯折后建议相互搭接。

图2 隔震支座下墩柱配筋（尺寸单位：mm，标高单位：m）

4 隔震构造

本工程隔着构造主要注意以下两点：（1）下挂电梯基坑需躲避隔震墩；（2）首层建筑出入口节点做法。隔震构造措施的具体做法参考03SG610-1《建筑结构隔震构造详图》[3]。

5 结论

1）高烈度区的特殊设防类建筑，优先考虑隔震设计，并合理选用设计参数。

2）采用隔震层以上按照多遇地震作用下的整体模型计算，各项指标均满足现行规范的限值要求。针对本工程不规则项-局部错层，采取了提高错层柱的抗震等级的措施。

3）采用隔震设计，合理布置铅芯支座和天然支座，有效延长结构周期，实现减小地震作用的目的。同时，按规范要求验算隔震层构件及隔震结构指标，均满足规范要求。