裝配式框架結構基礎隔震的隔震效果研究

陳春鳴 牟星 周超 肖紅飛

摘要：傳統的裝配式框架結構的優點是強度高、自重輕、整體性好。但是，傳統的裝配式框架結構的抗震設計在地震中極易被破壞，隔震設計具有以柔克剛的減震優勢，所以對裝配式框架結構進行隔震設計是很必要的。本文利用PKPM和ETABS建模，對一座20層高的裝配式框架結構進行隔震設計和傳統非隔震設計進行時程分析，對比受力作用效果。通過比較上部結構的層剪力、傾覆力彎矩等參數計算結構隔震系數，分析隔震設計的隔震效果。

關鍵詞：裝配式;框架結構;隔震

中圖分類號：TU352 ????文獻標識碼：A

0引言

傳統的裝配式框架結構是指由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成，構成承重體系的結構，即由梁和柱組成框架共同抵抗使用過程中出現的水平荷載和豎向荷載。中國建筑科學研究院對2008年汶川大地震中部分裝配式框架結構房屋的調查結果表明，裝配式框架結構在地震中倒塌或嚴重破壞的約為40%，采用基礎隔震可以延長結構的周期，適當增加結構的阻尼，使結構的地震反應大大減小，同時使結構的位移集中于隔震層，上部結構像剛體一樣，自身相對位移很小，從而可減少由于設計不當而出現的強梁弱柱和薄弱層等問題。

1工況簡介

本文所采用的建筑模型是一棟21層（含隔震層）的鋼筋混凝土裝配式框架結構，建筑高度為73.8m（含隔震層1.8m），結構層高3.6m。使用年限為50年。抗震設防烈度分為8度和7度，場地類別Ⅱ類，場地特征周期0.35s。基本地震加速度0.2g，地面粗糙類別B類，基本風壓0.35kN/m2，建筑類別丙類。

2基礎隔震裝配式框架結構設計原則和依據

基礎隔震裝配式框架結構設計必須滿足傳統裝配式框架結構的設計原則即框架柱網布置時，要從滿足生產工藝要求、滿足建筑的平面要求、使結構合理和方便施工四個方面考慮。框架的柱網力求做到簡單、規則、對稱、整齊，以便于隔震支座的布置，同時隔震支座的布置應力求使鉛芯橡膠支座（LBR）和非鉛芯橡膠支座（LNR）結合使用。內部布置非鉛芯橡膠支座保證隔震層具有足夠的恢復力外沿布置鉛芯橡膠支座控制隔震層的位移。

設計依據為《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）和《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ 3-2010）及其他有關建筑結構隔震的規范和標準。設計軟件為中國建筑科學研究院開發的商業軟件PKPM/SATWE，本項目利用該軟件進行建筑結構的傳統設計和分析。美國CSI公司開發的有限元軟件ETABS，本項目利用它進行隔震結構的非線性時程分析和震型分解反應譜分析。

3地震波的選取

本文采用的是基于設計反應譜的規范法。其優點是所選擇的地震波反應譜與規范的反應譜擬合較好，便于時程分析與振型分解反應譜法進行比較。地震動三要素即地震動強度、地震動譜特征和地震動持續時間。結構隔震后的前三階振型周期點上，所選地震波的平均時程的地震影響系數與規范譜的差值如表2，均小于20%，滿足規范要求。

4有限元模型的建立和分析對比

建立PKPM模型，在20層上部結構下加層高1.8m的隔震層，確定轉換梁和柱的截面。通過SATWE完成上部結構的抗震結構設計，并計算分析控制模型柱的軸壓比，梁的配筋率在規范的合理范圍內，做到節約成本，結構合理。

ETABS模型的準確性，主要通過ETABS非隔震模型與PKPM模型的比較，主要振型周期中ETABS模型與PKPM模型相差最大為2.32%，總質量相差為4.1%。模型吻合較好。

5隔震效果分析

減震系數為設防烈度地震力作用下隔震結構的層剪力或者層傾覆力矩與非隔震結構的比值，比值越小則隔震效果越好。如表2和圖2，圖3所示，裝配式框架結構基礎隔震的隔震效果較好，減震系數在0.4-0.7之間，地震作用大小為影響減震系數的主要因素。

《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）12.2.7規定“隔震層以上結構的抗震措施當水平向減震系數大于0.4時不應降低非隔震時的有關要求：水平向減震系數小于0.4時，可適當降低本規范有關章節對非隔震建筑的要求，但烈度降低不得超過1度，與抵抗豎向地震作用有關的抗震措施不應降低。”整個結構的減震系數為各層減震系數的包絡值，即取減震系數最大值，由以上裝配式框架結構減震系數對比圖知工況（層高、場地類型）設防烈度為8度時，減震系數小于7度時的減震系數，即減震效果優于設防烈度為7度。8度設防烈度裝配式框架結構20層結構的減震系數位于0.43-0.50之間。

6結論

裝配式框架結構基礎隔震設計具有很好的隔震效果，在7度和8度設防地區可以削減超過50%上部結構的地震作用，所以結構截面相近的工況下隔震結構比傳統非隔震結構更安全。經分析比較知，地震作用越大隔震效果越好，裝配式框架結構隔震設計適用于地震高發地區，隔震技術的進一步研究和推廣將有利于保障人們的財產和生命安全。

基金項目：2018年廣東省高等教育教學改革項目“基于微課的翻轉課堂模式在房屋建筑學中的教學實踐”;2018年東莞理工學院城市學院高等教育教學改革項目重點項目（項目編號：2018yjjg007）。

作者簡介：陳春鳴（1987-），男，漢族，湖南雙峰人，碩士研究生，講師，從事綠色建筑和新型混凝土結構方面研究。

參考文獻

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