發(fā)震斷裂帶5km內(nèi)的框支剪力墻結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計

（中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

我國是地震多發(fā)國家，有些城市和地區(qū)分布在斷裂帶附近。在城市建設(shè)過程中，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計受到斷層地震影響比較明顯。研究發(fā)現(xiàn)，與遠(yuǎn)場地震影響相比，建筑結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)和破壞受近斷層地震影響更嚴(yán)重。隔震技術(shù)作為建筑結(jié)構(gòu)抵御地震的有效手段，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中被廣泛使用，減震效果相對比較明顯；但是在框支剪力墻結(jié)構(gòu)中應(yīng)用相對較少。本文以某框支剪力墻結(jié)構(gòu)為例，對比了在8度區(qū)距離發(fā)震斷裂帶5km內(nèi)的抗震和隔震框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計，研究斷層附近抗震和隔震框支剪力墻結(jié)構(gòu)的特點，為框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。

1 工程概況

該項目總建筑面積26200平方米，總長度為112.5m，總寬度為19.9m，主體地上9 層，地下1 層，建筑高度37.2m。結(jié)構(gòu)類型為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度8度（0.3g），抗震設(shè)防類別為乙類。該項目距離發(fā)震斷裂帶小于5km。

2 隔震結(jié)構(gòu)的計算分析

2.1 計算程序

表1 非隔震結(jié)構(gòu)質(zhì)量對比/t

本工程采用ETABS進(jìn)行時程分析，先校核所建立的ETABS模型的準(zhǔn)確性，將ETABS和YJK非隔震模型計算得到的質(zhì)量、周期、層間剪力進(jìn)行對比，如表1～表3所示。由表可知，兩款軟件模型計算的質(zhì)量、前三階模態(tài)的自振周期非常接近，層間剪力除頂層外也非常接近，說明采用ETABS軟件可行。

表2 非隔震結(jié)構(gòu)周期對比（前三階）/S

表3 非隔震結(jié)構(gòu)樓層地震剪力對比（單位kN）

2.2 隔震支座的布置

根據(jù)試算分析，按照壓應(yīng)力布置均勻，力學(xué)性能指標(biāo)、變形指標(biāo)滿足規(guī)范要求，本工程隔震支座布置如圖1所示。從支座位移、支座剪力和支座軸力等方面綜合考慮進(jìn)行隔震支座的布置，規(guī)格有LRB1000（31 個）、LRB1100（17 個）、LRB1200（8個）、LRB1300（4個）、LNB1000（16個），隔震墊數(shù)量共計76個。

圖1 隔震支座編號及布置

2.3 隔震層以上結(jié)構(gòu)的地震作用計算

采用ETABS軟件計算結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)樓層層間剪力，根據(jù)隔震層上部結(jié)構(gòu)樓層層間剪力比值確定隔震后上部結(jié)構(gòu)水平地震作用。本結(jié)構(gòu)選取5條天然波和2條人工模擬地震波的平均剪力進(jìn)行結(jié)構(gòu)隔震后與隔震前上部樓層層間剪力對比分析。

圖2 上部結(jié)構(gòu)層間剪力比值（隔震后/隔震前）

根據(jù)《抗規(guī)》12.2.5 條可知，高層建筑結(jié)構(gòu)水平向減震系數(shù)取隔震與非隔震結(jié)構(gòu)層間剪力的最大比值與各層傾覆力矩的最大比值的較大值，故本結(jié)構(gòu)水平向減震系數(shù)β=0.39，考慮1.5 倍的近場系數(shù)后，水平地震影響系數(shù)αmax=1.5*0.39*0.24/0.80=0.18。

3 隔震層的計算分析

3.1 隔震支座性能參數(shù)

通過框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計分析，給出隔震支座性能參數(shù)見表4。

3.2 隔震層隔震計算分析

3.2.1 罕遇地震作用下隔震支座的軸力

本工程罕遇地震作用下隔震支座的軸力分析結(jié)果見圖3。本結(jié)構(gòu)隔震層上部實際是框支剪力墻結(jié)構(gòu)，在有剪力墻的部位，上柱墩的軸力較大，最大軸力39133kN，和普通框支剪力墻結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)的框支柱為隔震層的上柱墩，受力較為有利。結(jié)構(gòu)布置應(yīng)符合框支剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求，尤其是上部剪力墻的洞口應(yīng)盡可能位于墻體中部，這樣轉(zhuǎn)換梁和上部墻體能形成拱效應(yīng)承受荷載，有利于轉(zhuǎn)換梁受力。

圖3 隔震支座的軸力

3.2.2 罕遇地震作用下隔震支座的位移與剪力

計算結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下（5條天然波和2條人工模擬地震波）的各隔震支座的雙向支座平均位移與溫度應(yīng)力下的雙向位移，得到各支座的總位移，見圖4。由圖4可知，隔震支座的水平向最大位移為504mm，小于550mm，支座選取滿足結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的水平變形要求。隔震支座的剪力見圖5，隔震支座最大剪力仍然出現(xiàn)在轉(zhuǎn)換處，在罕遇地震作用下，隔震支座X向和Y向的剪力基本一致，說明隔震支座受到的扭轉(zhuǎn)影響較小。

圖4 隔震支座的位移

圖5 隔震支座的剪力

3.2.3 隔震層以下的結(jié)構(gòu)設(shè)計

本結(jié)構(gòu)地下室高度3.6m，隔震層高度2.1m。《建筑工程建筑面積計算規(guī)范》3.0.1條規(guī)定，結(jié)構(gòu)層高在2.2m以下的，計算一半面積。本工程如果在隔震層與地下室之間設(shè)置樓板，建筑面積會受影響，所以為了使下支墩不成為懸臂柱，只在-2.1m處設(shè)置了拉梁。

因為沒有樓板的約束作用，地下室梁柱在設(shè)防地震下的抗震承載力不滿足要求，而且罕遇地震下柱的抗剪承載力也不滿足要求，為了滿足規(guī)范要求，在地下室大部分區(qū)域增設(shè)了剪力墻，且所有地下室柱即下支墩都增設(shè)了型鋼。所以，下支墩頂部荷載較大時，地下室宜設(shè)置樓板，有利于地下室梁、柱的承載力計算。

4 隔震工程的經(jīng)濟(jì)性分析

對本工程隔震和非隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對比分析（隔震層以上結(jié)構(gòu)）。因非隔震結(jié)構(gòu)規(guī)定水平力下框架柱、短肢墻地震傾覆力矩百分比與一、二層部分框架柱軸壓比不滿足要求，對其進(jìn)行調(diào)整后從結(jié)構(gòu)混凝土用量、用鋼量方面進(jìn)行對比?；炷良颁摬挠昧繉Ρ纫姳?。經(jīng)濟(jì)對比分析表明，因結(jié)構(gòu)隔震效果不明顯，所以隔震結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性較差。

表5 材料用量

5 結(jié)論

通過在8度區(qū)距離發(fā)震斷裂帶5km以內(nèi)框支剪力墻結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計研究，可以得到以下結(jié)論：

1）在8度半有斷裂帶的設(shè)防區(qū)，考慮1.5的近場系數(shù)后，隔震后水平地震影響系數(shù)為0.18，非隔震結(jié)構(gòu)水平地震影響系數(shù)為0.24，隔震效果不明顯。

2）考慮1.5倍的近場系數(shù)后，隔震層在罕遇地震作用下的最大位移為504mm，滿足規(guī)范要求。

3）由于是框支剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻部位的上支墩處軸力較大，但在罕遇地震作用下，隔震支座的拉應(yīng)力滿足要求。

4）隔震層上支墩和下支墩按罕遇地震作用進(jìn)行了驗算，在地下室增設(shè)剪力墻及下支墩增設(shè)型鋼，以使下支墩滿足抗震承載力和抗剪承載力。

5）將隔震結(jié)構(gòu)和非隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，因隔震結(jié)構(gòu)的隔震效果不明顯，所以隔震結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性較差。