層間隔震建筑下部結構彈塑性簡化分析方法

朱龍基 冼巧玲

(1.東莞理工學院城市學院，廣東 東莞 523430; 2.廣州大學，廣東 廣州 510000)

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層間隔震建筑下部結構彈塑性簡化分析方法

朱龍基1冼巧玲2

(1.東莞理工學院城市學院，廣東 東莞 523430; 2.廣州大學，廣東 廣州 510000)

介紹了層間隔震建筑下部結構彈塑性簡化分析模型的建立方法，并將簡化模型與精細模型的彈塑性分析結果作了對比，驗證了簡化分析模型的合理性，解決了層間隔震結構的量化彈塑性分析問題。

層間隔震，簡化模型，彈塑性分析，建筑結構

0 引言

隨著建筑結構的高度和復雜程度的逐年提升，建筑結構的彈塑性分析越來越被重視，高層結構在罕遇地震作用下薄弱層彈塑性變形驗算,應符合下列規定:1)7度～9度時樓層屈服強度系數小于0.5的框架結構；2)甲類建筑和9度抗震設防的乙類建筑結構；3)采用隔震和消能減震設計的建筑結構；4)房屋高度大于150 m的結構。

1 簡化分析模型

層間隔震結構體系往往隔震層以上結構能達到很好的減震效果，但隔震層以下結構卻直接處于與地震動相互作用之中，承受由上部疊加下來的大量水平剪力，所以隔震層以下結構常常處于危險的境地，鑒于GB 50011—2010建筑抗震設計規范12.2.9第2條規定：隔震層以下的結構(包括地下室和隔震塔樓下的底盤)中直接支撐隔震層以上結構的相關構件，應滿足嵌固的剛度比和隔震后設防地震的抗震承載力要求，并按罕遇地震進行抗剪承載力驗算。

在設防地震下，某隔震結構的減震系數為0.43，也就是該隔震結構上部結構相對于非隔震結構可以減少57%的水平地震力，我們有理由將上部結構在罕遇地震下近似的看作處于彈性范圍內而下部結構進入彈塑性，簡化其結構的下部結構彈塑性分析，以達到高效的分析，給出初步的結構彈塑性分析結論來指導下部結構的設計。

1.1 簡化模型的建立

簡化模型的材料非線性、連接/支座單元的非線性、框架單元內的塑性鉸、剪力墻分層殼模型來模擬結構的非線性行為均與精細模型一致，兩者之間的不同在于，精細模型考慮的是整體彈塑性，故在其每一根梁與柱均加設了框架單元的塑性鉸和每片剪力墻均為分層殼模型；而簡化模型主要考慮的是隔震層以下結構進入彈塑性，故在其下部結構每一根梁與柱加設了框架單元的塑性鉸和每片剪力墻為分層殼模型。

1.2 罕遇烈度地震下地震波的選取

由于模型簡化的只是塑性鉸的分布和剪力墻塑性行為的分布，所以對于結構的周期沒有影響，對于結構罕遇地震下的基地剪力影響甚微，所以地震波采用的是精細模型分析時所選取的地震波。

2 簡化模型的彈塑性分析

以下是用ETABS2013非線性版計算分析的簡化模型彈塑性分析結果的主要宏觀數據(見表1)。

表1 簡化模型彈塑性分析結果

罕遇地震下的絕對層位移曲線見圖1，隔震層在第1層柱頂時下部結構的塑性鉸發展趨勢見圖2。

表2 簡化模型與精細模型彈塑性分析結果在宏觀指標上的對比

模型簡化模型精細模型比例/%周期/s第一周期4．4524．7215．70第二周期4．254．3953．30第三周期3．9664．0953．20結構總質量/t7851057851050．00基底剪力/kNElcentrolX向12522415291518．10ElcentrolY向13033216479620．90RH2TG045X向1285421304071．40RH2TG045Y向1251101314914．90TH2TG090X向1249091327285．90TH2TG090Y向1297471233255．20最大頂點位移/mmElcentrolX向118312858．00ElcentrolY向108411596．50RH2TG045X向1040115810．20RH2TG045Y向867102115．10TH2TG090X向112812227．70TH2TG090Y向946112115．60隔震層最大位移/mmElcentrolX向7326699．30ElcentrolY向7577510．80RH2TG045X向5685730．90RH2TG045Y向5846165．20TH2TG090X向5455816．10TH2TG090Y向5655640．10最大層間位移角(層號)ElcentrolX向1/147(16)1/159(16)7．50ElcentrolY向1/233(16)1/105(16)121．90RH2TG045X向1/183(11)1/142(16)28．90RH2TG045Y向1/243(16)1/183(16)32．80TH2TG090X向1/139(16)1/117(18)18．80TH2TG090Y向1/197(16)1/136(18)44．90下部結構最大絕對層位移ElcentrolX向17172．90ElcentrolY向10100．60RH2TG045X向131512．90RH2TG045Y向8910．80TH2TG090X向15151．50TH2TG090Y向91011．00下部結構最大層間位移角倒數ElcentrolX向2902823．00ElcentrolY向4764790．60RH2TG045X向36231514．80RH2TG045Y向59152812．10TH2TG090X向3233281．40TH2TG090Y向54048112．30分析所用時間約4h35min約17h73．50注：其中“比例”是按(簡化-精細)/精細計算所得

3 簡化方法的精度

采用簡化彈塑性分析模型計算分析后，與精細彈塑性分析模型在結構周期、結構變形以及結構層剪力等方面進行對比(見表2)。

簡化彈塑性分析模型與精細彈塑性分析模型計算結果對比曲線見圖3。

由圖3，表2可以看出，簡化模型的精度平均值基本可以維持在15%左右，其中能表達下部結構彈塑性的數據精度平均值在7%左右。所以認為該簡化模型建立是相對合理的。而采用簡化模型分析可以大大減少分析時間，在此基礎上就可以對層間隔震下部結構進行批量的分析，得到其在罕遇地震下的動力特性，以指導層間隔震下部結構的設計。

4 結語

筆者通過建立一個合理的層間隔震模型，并在彈性階段設計完成后對其進行罕遇地震下的彈塑性分析，討論該結構設計的合理性。并由此提出一種簡化的彈塑性分析模型，在對該簡化模型分析后得出結論：

1)簡化模型的平均精度在15%左右，且隔震層以下結構的精度在7%左右。該結論驗證了筆者提出的假設：在罕遇地震下，隔震層以下結構相對于隔震層以上結構更早進入彈塑性，所以可以將模型簡化成下部結構為彈塑性模型，而上部結構為彈性模型。

2)簡化模型的分析時間遠小于精細模型的分析時間，分析所用時間約減少75%，這就對層間隔震結構的量化彈塑性分析提供了可能性。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設計規范[S].

[2] 吳建喬，施衛星，王 群.舊房改造中的層間隔震方法[J].上海建設科技，1997(3):43-44.

[3] 周福霖,俞公驊.結構減震控制體系的研究、應用與發展[J].鋼結構，1993(1)：33-35.

[4] 蘇經宇,曾德民.我國建筑結構隔震技術的研究和應用[J].地震工程與工程振動，2001(4)：17-18.

[5] 譚 平,周福霖.隔震技術的研究與工程應用[J].施工技術，2008，37(10)：172-173.

[6] 鄧 偉.隔震結構在省防震減震中心大樓工程中的應用[J].福州建設科技,2004(4)：33-34.

Elastic-plastic simplified analysis method of bottom structure of interlayer seismic isolation building

Zhu Longji1Xian Qiaoling2

(1.CollegeofCity,DongguanCollegeofTechnology,Dongguan523430,China; 2.GuangzhouUniversity,Guangzhou510000,China)

The paper introduces elastic-plastic simplified analysis model establishing method of bottom structure of interlayer seismic isolation building, and compares the elastic-plastic analysis results of simplified mode and detailed model. As a result, it testifies the rationality of simplified analysis model, and solves quantitative elastic-plastic analysis problems of interlayer seismic isolation structure as well.

interlayer seismic isolation, simplified model, elastic-plastic analysis, architectural structure

1009-6825(2016)26-0056-03

2016-07-06

朱龍基(1989- )，男，碩士，助教

TU313

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