高層建筑隔震分析

(廣州大學(xué) 廣東 廣州 510006)

引言

隔震技術(shù)是在上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震層，其中隔震層的剛度遠(yuǎn)小于原結(jié)構(gòu)的剛度，隔震建筑是通過延長建筑的自振周期，遠(yuǎn)離地震動卓越周期，并通過上部和下部之間產(chǎn)生較大的位移，以降低上部結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，提高建筑的安全性能。

本文通過ETABS通用有限元結(jié)構(gòu)分析軟件對一高層框剪結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔震分析，對比分析結(jié)構(gòu)的隔震前后效果，為了方便文中將原結(jié)構(gòu)模型成為原結(jié)構(gòu)，隔震建筑稱為隔震結(jié)構(gòu)

一、工程概況

本工程為鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)為丙類；建筑設(shè)防烈度為八度，場地類別為Ⅱ類，基本地震加速度為0.2g,設(shè)計地震分組為二組，場地特征周期為0.35g;場地類別為Ⅱ類，風(fēng)荷載體形系數(shù)為1.3，基本風(fēng)壓為0.44KN/,隔震層上部結(jié)構(gòu)為93.2m，按照現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行隔震設(shè)計

二、隔震結(jié)構(gòu)模型

本隔震建筑在基礎(chǔ)和上部之間設(shè)置隔震層，隔震層層高為2.1m,其中隔震支座采用鉛芯隔震支座和橡膠隔震支座，隔震支座布置偏心率<3%以及鉛芯屈服力要滿足抗風(fēng)的要求，支座在重力荷載代表值作用下小于丙類建筑壓應(yīng)力限制15Mpa；同時在罕遇地震作用下，隔震支座的水平位移小于支座有效直徑的0.55倍與支座內(nèi)橡膠厚度3倍中二者的最大值，同時罕遇地震下支座的抗拉面壓小于1Mpa。

三、計算結(jié)果的比較與討論

采用時程分析時，按建筑場地類別和設(shè)計地震分組選用實際強(qiáng)地震波和人工模擬的加速度時程曲線分析，按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)要求不應(yīng)少于三條地震波，與規(guī)范地震影響系數(shù)在統(tǒng)計意義上相符的強(qiáng)地震4條，下圖給出七條地震波與規(guī)范反應(yīng)譜的對比。本文選取一條天然地震波進(jìn)行時程分析，對比分析X方向的減震效果，對比分析如下：

7條地震波與反應(yīng)譜的對比

(一)自振周期。本工程在未設(shè)置隔震支座前，結(jié)構(gòu)的自振周期約為2.555S，利用ETABS進(jìn)行隔震設(shè)計，隔震支座連接單元用Isolate模擬，隔震支座以變形100%的等效剛度進(jìn)行模態(tài)分析，對應(yīng)的自振周期為4.968S，約為原結(jié)構(gòu)的2倍。

(二)樓層剪力、基底彎矩。下圖表是樓層剪力的對比和降幅，從表中可以看出，隔震結(jié)構(gòu)的X方向的基底剪力小于原結(jié)構(gòu)的基底剪力，約為原結(jié)構(gòu)的35%～40%，降幅約為1.6～1.8，這表明設(shè)置隔震支座可以抵消地震能量傳到上部結(jié)構(gòu)，從而減少地震對建筑的破壞。

樓層剪力

(三)位移響應(yīng)。下圖是原結(jié)構(gòu)和隔震結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移以及層間位移角的對比，可以得出隔震結(jié)構(gòu)層間位移角的降幅比較明顯，在側(cè)向位移方面，隔震結(jié)構(gòu)側(cè)向位移比原結(jié)構(gòu)要大，層間位移主要集中在隔震層上，但隔震結(jié)構(gòu)上部平動效果明顯，且隔震結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)層間位移角降幅明顯，這表明設(shè)置隔震支座可以顯著降低結(jié)構(gòu)的層間位移角，能有效降低地震對建筑結(jié)構(gòu)的破壞

側(cè)向位移

X向?qū)娱g位移角

四、結(jié)論

1、設(shè)置隔震支座后隔震結(jié)構(gòu)的自振周期延長至原結(jié)構(gòu)的2.1倍。

2、隔震建筑的上部結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)比抗震結(jié)構(gòu)能有效的降低。

設(shè)置隔震支座后，隔震建筑能有效的滿足建筑的經(jīng)濟(jì)性、有效性和可靠性，采取隔震技術(shù)上部結(jié)構(gòu)設(shè)計比較合理，一般可以節(jié)約3%～20的成本,可以達(dá)到建筑的設(shè)防目標(biāo)。