学校的基础隔震设计研究

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鉴于本文篇幅所限，仅以学生宿舍为例进行分析说明。学生宿舍结构模型如图1所示，地上主体结构六层，层高3.6m，屋顶构架一层，层高4.0m，建筑总高度为25.6m。典型柱网尺寸为7.9m×7.2m和7.2m×7.2m，采用全现浇钢筋混凝土框架结构，单栋建筑面积5324m2。

隔震设计

1隔震设计目标

根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010，以下简称《抗规》)［3］的相关要求，隔震层以上结构的水平地震影响系数最大值，由水平向减震系数(多层按弹性计算所得的隔震与非隔震各层层间剪力的最大比值)及调整系数(橡胶支座取0.8)确定。本工程隔震设计的目标是隔震层以上主体结构水平地震影响系数最大值αmax1=0.1，水平向减震系数β=φαmax1/αmax=0.8×0.10/0.24=0.333。

2隔震支座设计

隔震支座的设计选型要考虑工厂加工及施工的方便，支座直径过大会造成制造困难，数量过多会使支座布置无法实现。工程最终确定使用的隔震支座基本参数见表1。隔震层宜设置在底层楼板与基础面之间，隔震层刚度中心宜与上部结构质量中心重合。隔震支座的规格、数量和分布应由竖向承载力、侧向刚度和阻尼等综合确定［2］，具体遵循如下标准:(1)《抗规》规定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乙类建筑的限值12MPa。(2)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1MPa。(3)隔震支座的极限水平变位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。隔震支座布置设计具体流程如下:首先计算出无地震作用情况下，基底固接模型的基底竖向反力及风荷载作用下的基底剪力，对照隔震支座的性能参数确定每根柱下隔震支座的具体型号和数量，并由此建立隔震结构计算模型;接着进行多遇地震下的弹性时程分析，验算隔震支座竖向抗压承载力和水平抗剪承载力及初始刚度，并对支座型号、数量和布置进行调整优化;最后计算结构在罕遇地震下的反应，得到支座的轴力、剪力和位移，以用于隔震连接构件设计。整个过程需要反复试算比较，直至满足隔震设计目标［4］。通过以上过程，设计最终确定共使用50个支座，其中有铅芯隔震支座:LRB500(14个)、LRB600(36个)。隔震支座平面布置见图2，隔震结构屈重比为0.0366。

3隔震结构计算

分析程序选用ETABS［5］，梁柱构件采用空间梁柱单元，楼板采用考虑平面内刚度的膜单元，隔震支座的模拟由隔震支座恢复力模型(竖向和水平向)确定，竖向由于刚度较大，可等效为一线性弹簧，水平向具有良好的弹性性能，同时又具有一定的粘滞阻尼特性，可等效为一个线性弹簧和一个粘滞阻尼器的组合。选取了实际五条强震记录和二条人工模拟加速度时程进行弹性时程分析，七条时程反应谱和规范反应谱曲线如图3所示。

减震效果分析

1自振特性

自振特性计算结果详见表2，多遇地震作用下隔震结构的自振周期约为非隔震状态的2.2倍，达到5.3Tg，由《抗规》地震影响系数曲线可知，隔震后自振周期明显延长，反应谱中对应的地震影响系数显著减小，达到了降低地震作用的效果。

2多遇地震作用下地震反应和水平减震系数

表3表明，隔震与非隔震结构层间剪力的最大比值均出现在2层，X向(Y向)的水平减震系数为0.326，满足水平向减震系数为0.333的设计目标。

3罕遇地震分析

《抗规》［3］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、剪力用于下支墩设计。罕遇地震下隔震支座最大剪力和最大轴力荷载组合采用1.2(1.0×恒荷载+0.5×活荷载)+1.3×水平地震+0.5×竖向地震;拉力荷载组合采用1.0×恒荷载±1.0×水平地震作用;隔震层水平位移计算荷载组合采用1.0×恒荷载+0.5×活荷载+1.0×水平地震，得到隔震层最大水平位移186mm，小于0.55D=275mm(D为最小隔震支座直径，本工程采用隔震支座最小直径为500mm)及3Tr=330mm(Tr为最小隔震支座的橡胶层总厚度)中的较小值，满足要求;采用隔震技术后最大层间位移角为1/126(表4)，满足规范框架结构1/50的要求。

上部结构、支墩计算及相关构造连接设计

根据隔震分析结果，上部结构按7度(0.15g)设计，施工图配筋主算程序采用SATWE，其计算模型做以下特殊调整:设置隔震层，隔震层柱底设为铰接;设防烈度为8度(0.3g)，地震影响系数最大值改为0.1，不考虑竖向地震;柱轴压比按8度(0.3g)一级框架0.65的规范限值控制;楼层剪重比按8度(0.3g)限值要求0.048控制(地震作用须放大15%，具体结果详表5)。最终设计确定框架柱截面尺寸:1层为500mm×800mm，1层以上500mm×700mm;框架梁截面尺寸:2层楼面为250mm×700mm、2层楼面以上为200mm×600mm。1层(±0.000m)增设180mm厚楼板，钢筋10@150双层双向拉通。隔震支座设置在1层楼板(±0.000m)以下0.8m处。上支墩截面尺寸由隔震支座规格尺寸确定，且大于1层柱截面尺寸，其配筋由整体结构模型计算确定;下支墩截面尺寸同上支墩，计算简图为下端固结、上端自由的压弯构件柱，其轴力和剪力取罕遇地震作用下各个相应支座的最大剪力和最大轴力。隔震层隔震支座连接做法如图4、5所示。《抗规》规定了隔震结构应该采取不阻碍隔震层在罕遇地震下发生大变形的构造措施。本工程周边隔震沟结构典型做法详图6，缝宽600mm大于罕遇地震最大水平位移的1.2倍(187×1.2=225mm)。上部结构和下部结构之间，设置了完全贯通的缝高20mm的水平隔离缝，并采用柔性材料填充。

结语

本文以学生宿舍为例，介绍了基础隔震技术在昆明商贸职业学院的应用，目前整个项目结构设计已通过了云南省建筑工程抗震设防专项审查以及施工图审查，正在进行基础施工。（本文作者：王阁 单位：深圳市建筑设计研究总院有限公司）