某高烈度區辦公樓隔震設計分析

摘要：基于ETABS有限元分析程序，對某高烈度區辦公樓實際工程進行了隔震設計，并采用反應譜和時程分析法對隔震結構和普通抗震結構進行了地震作用的響應分析，分析結果顯示，隔震結構相比普通結構的樓層層間剪力和樓層位移都明顯減小，效果明顯，滿足了相關規范的要求，在高烈度區的結構設計采用隔震技術是一種很好的結構抗震手段。

關鍵詞：框架結構；基礎隔震；反應譜分析；時程分析法

1工程概要

某辦公樓框架結構層數為7層，其中首層層高為4m，其余層高為2.9m，框架高度21.4m，。樓板為120mm厚鋼筋混凝土板，混凝土等級全部采用C30。

工程概況：本工程場地土的類型為中硬場地土，場地類別II類；基本風壓按50年一遇的基本風壓，取0.3kN/m2；地面粗糙度B類；抗震設防烈度9度，設計基本地震加速度0.4g，設計地震分組第一組，抗震等級為一級。計算時結構周期折減系數為0.8，場地特征周期為0.4s，結構的阻尼比取0.05。

2.模型建立

分別用PKPM和ETABS進行建模，將建筑分A段和B段。該模型共4個標準層，1層為第一標準層，2層為第二標準層，3-6層為第三標準層，7層為第四標準層，見圖2-1。

第一標準層最上排柱截面為500mm×500mm，其余柱均為600mm×600mm；其余標準層最上排柱截面為400mm×400mm，其余均為500mm×500mm。對于梁截面，縱向梁截面均為250mm×450mm，橫向梁截面均為250mm×400mm。樓板厚度均為120mm。混凝土保護層厚度為20mm。本文選取結構A段進行分析。梁柱采用桿單元，樓板采用膜單元。本工程中，不考慮地下室和地基對上部結構的作用，采取非隔震措施時將±0.000以下部分視為固結于地面。因此在非隔震時，ETABS中結構力學模型的底部支座選用固定支座。

3.隔震結構分析

采用ISOLATOR1類型連接單元模擬橡膠支座隔震器。本工程選擇普通橡膠隔震支座LNR500和鉛芯橡膠隔震支座LBR500，其中LBR500隔震支座10個，其余均為LNR500隔震支座，具體布置見圖3-1。

分別對原結構與隔震結構進行反應譜分析，對比其抗震性能。首先用ETABS對結構進行動力分析，由于反應譜計算只能在彈性范圍內進行，所以隔震支座在計算模型中只提供水平方向和等效線性阻尼。

而非線性時程分析時，橡膠隔震支座則應定義為非線性連接屬性，其在ETABS程序中的模擬時的滯回模型采用Bouc-Wen模型，需要定義彈性剛度、屈服后剛度比和屈服荷載。本工程隔震層設為1500mm。

3.1隔震結構與普通結構的反應譜分析

3.1.1反應譜分析

本文僅對A段隔震結構與非隔震結構分別進行反應譜分析。在ETABS程序中實現振型分解反應譜法，需要考慮不同數量振型組合，本文分析時采用的是依據我國規范規定（考慮結構藕聯效應的情況）要求的SRSS和CQC兩種組合方法。

1.樓層剪力

該工程采用采用振型分解反應譜法對兩種結構進行分析（輸入抗震設防烈度為9度（0.4g）反應譜在罕遇地震作用時的水平地震影響系數為1.4），得出該結構在多遇地震與罕遇地震作用下的樓層剪力如圖3-2和圖3-3所示。分析結果表明，采用層間隔震結構在隔震層以上的樓層剪力減小比較明顯，X向和Y向減小都為80%左右（隔震層除外）。

從圖中可以看出層間隔震結構的層間位移在隔震層較大，并且采用隔震結構后結構的層間位移角都明顯大于規范中規定的彈性層間位移角限值要求1/550，在隔震層上部樓層的位移都趨于平動。為此可以看出采用隔震結構后，結構的抗震性能能明顯得到改善。且在大震作用下，隔震結構也滿足彈塑性層間位移角限值1/50，對于普通結構能大大的改善其抗震性能。

3.1.2時程分析

1.地震波的選取

對于地震波的選取應充分考慮到所分析的建筑結構所處場地條件（場地類別、特征周期等）和設防烈度，還要注意所選用地震波的頻譜特性是否具有廣泛的代表性。

本工程選取以下三條地震波：ELcentro波（EL波）、TAFT波和人工波（AW）（根據抗震設防烈度為9度，II類場地，分組為第一組生成）。

2.分析結果

通過時程分析得出普通結構和隔震結構在不同地震波作用下的結構地震反應，抗震設防烈度為9度（小震時輸入加速度峰值為PGA=140gal，大震時輸入加速度峰值為PGA=620gal）的地震波，各地震波作用下結構的樓層剪力如圖3-6～3-11。