騰沖市中醫醫院門診樓采用隔震技術的響應分析

李波生 汪小鋒

摘要： 采用隔震技術可以有效地減小上部結構水平地震作用效應，減輕結構和非結構構件的地震破壞，提高建筑物及內部設施和人員在地震中的安全性。為了研究結構設置疊層橡膠隔震支座后的隔震效果，本工程使用大型有限元軟件Etabs建立隔震與非隔震結構模型，對結構在隔震前后的地震反應進行對比分析。結果表明：采用隔震技術后，結構的地震反應明顯減弱，取得較好的隔震效果。為隔震技術在以后的工程實際中的應用提供一定的參考價值。

Abstract： Adopting isolation technology can effectively reduce the earthquake effect of the upper structure level， reduce the earthquake damage of structure and non structure components， improve the building and internal facilities and personnel security in the earthquake. In order to study the isolation effect after setting up laminated rubber isolation bearings on the structure， this project uses a large finite element software Etabs to build seismic Isolation and non isolation structure model， and compares the seismic response of the structure before and after the seismic Isolation. Results show that after using isolation technology， the seismic response of the structure decreased significantly， and obtained good effect of seismic isolation. This can provide certain reference for the application of seismic isolation technology in the engineering practice in the future.

關鍵詞： 橡膠隔震支座；時程分析；減震效果；高烈度設防

Key words： rubber isolation bearing；time history analysis；damping effect；high-amplitude fortification

中圖分類號：TU352.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）09-0089-03

0 引言

減震控制結構經過多年以來的發展已經日趨成熟，其應用形式也越來越多。其中結構隔震因其卓越的減震效果和良好的經濟性備受關注。隔震結構是指在建筑物上部結構與基礎之間設置隔震層，以延長整個結構體系的自振周期、增大阻尼、減小輸入上部結構的地震作用，達到預期的防震要求[1]。使用最多的結構隔震形式是橡膠墊隔震和摩擦滑移隔震兩種形式[2]。

當地震發生時，若采用的是傳統的抗震結構，由于該結構基礎固定，一旦地震出現其上部結構會產生彎曲或剪切變形，此時層間位移相對較大，但若采用的是隔震結構，由于其基礎與上部結構之間設置了隔震支座，一旦地震發生出現位移的是隔震支座，此時其上部結構基本是平動，層間位移較小，此時其上部結構的加速度響應要遠遠小于傳統抗震結構，提高了結構構件和內部設施的安全性。

1 工程概況

根據云南省住建、發改、財政、工信、地震、教育、科技、衛生、地稅九部門《關于進一步加快推進我省減隔震技術發展與應用工作的通知》（云建震〔2012〕131號）文件精神及要求，騰沖市中醫醫院整體遷建項目業務用房名醫館、住院樓及門診醫技樓均采用了橡膠隔震技術，該技術為騰沖市公共類建筑設計首次使用，其中門診醫技樓采用了扇形的不規則外觀設計，以下以門診醫技樓為例介紹該院遷建項目采用隔震技術的響應分析研究。騰沖市中醫醫院門診樓，采用鋼筋混凝土框架結構，樓層數5層（不含隔震層），建筑結構高度21.6m，寬37.9m，高寬比0.6。抗震設防烈度8度，設計基本地震加速度峰值為0.2g，設計地震分組第三組，II類場地，場地特征周期0.45s。屬于重點設防類，乙類建筑。標準層結構平面布置圖見圖1。

2 地震動輸入

《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010，以下簡稱《抗規》）5.1.2條規定：采用時程分析法時，應按建筑場地類別和設計地震分組選用實際強震記錄和人工模擬的加速度時程，其中實際強震記錄的數量應≧總數的2/3，多組時程的平均地震影響系數曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符。彈性時程分析時，每條時程計算的結構底部剪力必須≧振型分解反應譜計算結果的65%，多條時程計算的結構底部剪力的平均值必須≧振型分解反應譜法計算結果的80%。本工程選取了實際5條強震記錄和2條人工模擬加速度時程，7條時程曲線如圖2所示，7條時程反應譜和規范反應譜曲線如圖3所示，基底剪力對比結果如表1所示。

由圖3可知，各時程平均反應譜與規范反應譜較接近。

《抗規》規定：輸入的地震加速度時程曲線的有效持續時間，一般從首次達到該時程曲線最大峰值的10%那一刻算起，到最后一點達到最大峰值的10%為止；無論是人工模擬波形還是實際的強震記錄，通常有效持續時間是結構基本周期的（5～10）倍。

《抗規》規定：多組時程波的平均地震影響系數曲線與振型分解反應譜法所用的地震影響系數曲線相比，在對應于結構主要振型的周期點上相差不大于20%。

經計算，均能滿足規定。

3 隔震支座布置

本工程采用的橡膠隔震支座，在選擇其直徑、個數和平面布置時，應考慮以下因素：

①相關規范標準指出，同一隔震層內各個橡膠隔震支座的豎向壓應力宜均勻，豎向平均應力不應超過乙類建筑的限值12MPa。

②最好保證隔震支座在罕遇地震作用下不出現拉應力，即使當少數隔震支座出現拉應力時，其拉應力也不應大于1MPa。通過計算最大拉應力0.14MPa，滿足要求。

③在罕遇地震作用下，隔震支座的最大水平位移應小于其有效直徑的0.55倍和各橡膠層總厚度3倍二者的較小值。通過計算隔震層最大位移為159mm，滿足要求，并可見結構的變形主要集中在隔震層，通過隔震支座的變形隔離地震能量，使輸入上部結構的地震能量大大減少，保護了結構及室內設施、設備、人員的安全。

本工程共使用了59個支座，各類型支座數量及力學性能詳見表2和表3。隔震結構屈重比為0.019。

4 隔震前后地震反應比分析

① 結構周期對比。隔震前后周期比較見表4。

由表4可知，采用隔震技術后，結構的周期明顯延長。根據反應譜理論，隔震后周期延長，相應的加速度反應譜值遠小于隔震前，即地震作用減小。

②層間剪力對比。3組地震波隔震前后X向和Y向層間剪力對比見圖4。

由圖4可看出，設置隔震支座后，結構的層間剪力大大減小，由表5可以看出，隔震后結構層間剪力減小幅度在60%～90%之間，減震效果明顯。

③層間位移對比。3組地震波隔震前后X向和Y向層間位移對比見圖5。

由圖5可以看出，隔震后結構層間位移明顯小于隔震前，各樓層的層間位移相對較小，結構振動形態趨于整體平動。這表明橡膠支座隔震層充分發揮了自身的作用，達到了減震目的，明顯減輕了上結構的地震反應。

5 結論

1）與隔震前相比，采用隔震技術后，結構的周期延長了2-3倍，那么相應的加速度反應譜值也會降低，進而使得上部結構地震作用減小。

2）與隔震前相比，隔震后結構層間位移減少，整體來講結構振動形態趨于平穩。由于隨著層間位移的減小，上結構的地震反應會降低，如此可有效降低地震可能造成的損失。

3）隔震后結構層間剪力明顯減小，可以依照《建筑抗震設計規范》的規定，根據隔震與非隔震的層間剪力比，確定水平地震減震系數。進行上部結構設計時，相應地降低上部結構的水平地震作用，進而減小結構構件的截面，達到降低工程造價的目的。

致謝：

本文撰寫過程中得到了云南震安減震科技股份有限公司設計部的大力支持，特表感謝！

參考文獻：

[1]潘忠煒，李靜，周海濤，金波.隔震技術在某木結構古建筑改造中的應用研究[J].建筑結構，2013-12-10.

[2]文佳，魏世宏，朱浪濤.隔震技術原理及存在問題分析[J].重慶科技學院學報（自然科學版），2007，9（12）：29-30.

[3]崔京浩.基礎隔震結構設計及施工指南[M].中國水利水電出版社，2007.

[4]蘇斌，晏音，曾志攀，盧偉煌.四川彭州人民醫院病房綜合樓基礎隔震結構設計[J].福建建筑，2011-02-01.