斷層地震動作用對雙層隔震體系傾覆特性的影響

摘要： 為研究雙層隔震體系抗傾覆性能受近斷層地震動的影響，將中間隔震層分別設置在第三層、第六層和第九層，建立雙層隔震體系，輸入不同運動特征的近斷層地震波，探討雙層隔震體系的抗傾覆性能。研究表明：近斷層脈沖型地震動嚴重影響雙層隔震體系的抗傾覆性能，隨著地震動加速度峰值增加這一影響會更明顯，含速度脈沖的滑沖效應和破裂向前方向效應容易使結構發生傾覆破壞。近斷層地震動作用下，雙層隔震體系隔震層的壓應力不會超限，但隔震層位移和拉應力會超出限值導致隔震層傾覆，且雙層隔震體系包含的兩個隔震層中，基礎隔震層傾覆風險更大；中間隔震層設置在第三層時，雙層隔震體系的抗傾覆性能表現最優。

關鍵詞： 近斷層地震動；雙層隔震體系；抗傾覆；脈沖效應

中圖分類號： TU352.1

文獻標志碼： A

雙層隔震技術，也稱分段隔震技術，是結合了傳統的基礎隔震和層間隔震的新型組合隔震結構，即在建筑中分別布置兩個隔震層，近年來研究者們針對雙層隔震體系的相關優點做出了一定研究，PHOCAS等^［1］證明在強震期間，雙層隔震體系極大地減小了建筑位移，有效延長了結構自振周期。WANG等^［2］、YING^［3］通過將分段隔震與基礎隔震和層間隔震對比，驗證了分段隔震技術在隔震能力方面的優越性，同時提出中間層位置的選擇十分重要。孫權^［4］分別建立無隔震結構模型、基礎隔震結構模型、雙層隔震模型，結果表明采取雙層隔震的結構的抗震性能優于基礎隔震。SKANDALOS等^［5］在建筑多個樓層分別布置隔震層，利用多目標優化揭示了不同布置方式結構的地震響應變化趨勢。榮強等^［6-7］、張雪等^［8］分析了雙層隔震體系相對傳統隔震方式的優勢，并驗證了雙層隔震體系將中間隔震層布置在結構中下部更為合理。綜上所述，雙層隔震體系的兩個隔震層能集中結構的大部分位移，延長了結構自振周期，有效減小了結構的地震反應，結構的地震響應優于傳統基礎隔震，并且能防止傾覆破壞。

雙層隔震體系具有優秀的減震能力，但在面對極具破壞性的近斷層地震動時，其隔震結構往往表現出遠大于遠場地區的強烈地震響應，近斷層地震動尤其是其產生的速度脈沖會對隔震體系造成嚴重的影響甚至破壞，這是由于隔震結構本身長周期的動力特性會使隔震結構在脈沖影響下更容易發生破壞。MAZZA等^［9］表明近斷層脈沖型地震動會引起隔震結構嚴重的延性需求，WANG等^［10］發現與遠場普通地震波相比，近斷層脈沖地震波的3D Hilber振幅譜分布在低頻區和中后期時域，振幅也較大，隔震結構的第一振型周期位于近斷層脈沖波功率譜的峰值，這使得隔震結構在近斷層脈沖型地震中的地震響應明顯大于遠場普通地震的地震響應。同時，脈沖型近斷層地震動還會嚴重降低隔震結構的隔離效果，進而威脅整個建筑結構的安全^［11-14］。可以看到，對于雙層隔震體系的研究大多還集中于遠場地區，缺少抗傾覆方面的研究，因此，近斷層地震動作用下雙層隔震體系的抗傾覆能力研究十分重要。

本研究通過SAP2000有限元軟件建立雙層隔震體系模型，首先對比近遠場地震動作用下雙層隔震體系的樓層加速度、樓層位移和抗傾覆比等指標，分析近斷層脈沖型地震波對雙層隔震體系抗傾覆能力的影響，并分析雙層隔震體系的兩個隔震層在不同近斷層地震波作用下的隔震層抗傾覆能力相關參數（最大水平位移、最大拉應力、最大壓應力），判斷相關參數在不同地震動加速度峰值、不同近斷層地震動運動特征下的變化規律。

1 確定隔震設計方案

1.1 工程概況

雙層隔震體系包括兩個隔震層，在地震動的作用下如果隔震結構發生傾覆，一般情況下兩個隔震層的其中一個會先達到臨界狀態進而發生傾覆，為了對比雙層隔震體系中間隔震層與基礎隔震層的傾覆特性，針對某十二層高層規則建筑進行模擬分析，設計三種不同的雙層隔震體系模型，即分別在結構的第三層柱底、第六層柱底、第九層柱底設置中間隔震層（稱三層隔震、六層隔震、九層隔震，下同）。結構總高度36.3 m，長24 m，寬12.6 m，不考慮風荷載作用。模型首層層高3.3 m，2層及以上樓層層高均為3 m，模型平面柱網圖如圖1所示。建筑結構設計年限為50年，抗震設防類別為丙類，設計地震分組為第二組，場地類別為Ⅱ類。框架結構的梁和柱分別選用空間梁柱單元，混凝土板采用殼單元，根據《建筑抗震設計規范》^［15］規定將質量源定義：恒荷載系數1.0及活荷載系數0.5，樓面及屋面均施加均布活荷載2 kN/m2，樓面及屋面分別施加均布恒荷載3.5 kN/m2和5 kN/m2；結構梁尺寸為300 mm×600 mm，柱為700 mm×700 mm，樓板厚度為100 mm，結構混凝土等級C40，箍筋采用HRB335，其他鋼筋采用HRB400，材料其他屬性均采用默認值。

1.2 隔震層設計

將本研究建立的雙層隔震體系模型進行隔震層設計，基礎隔震層隔震支座型號均采用LRB800，中間隔震層采用LRB700。隔震支座選用廣東宇泰減震公司提供的鉛芯橡膠支座，相關參數見表1。

1.3 地震波選取

近斷層地震波根據其脈沖特性，主要分為破裂向前方向效應脈沖和滑沖效應脈沖兩個近斷層地震波運動特征。對模型輸入的地震波只考慮水平方向影響。本研究選取“臺灣集集地震”中的6條近斷層地震波（破裂向前方向效應脈沖TCU051/TCU054/TCU102、滑沖效應脈沖TCU052/TCU068/TCU075）、4條遠場非脈沖型地震波，為消除地震反應譜之間差異選取兩條人工地震波。近斷層地震動的特性參數如表2所示。

2 近遠場地震作用下雙層隔震體系傾覆性對比

2.1 各樓層加速度對比

樓層加速度是影響隔震結構傾覆效應的重要因素，樓層加速度的增大會導致隔震結構傾覆力矩的增大，進而導致隔震支座發生傾覆。將模型在地震動加速度峰值為220 mm/s2 時，雙層隔震體系各層的最大加速度均值列于表3，反應取值均為地震記錄計算結果的平均值。

雙層隔震體系地震能量進行兩次消耗，進而有效地減小了上部建筑的樓層加速度。從表3中可以看出，近斷層地震動和遠場地震動作用下的雙層隔震體系的地震響應差異很大。在7度罕遇地震作用下，雙層隔震體系在近斷層地震波影響下各層加速度最大值達遠場地震波作用下相應最大值的近2倍以上。三層隔震在遠場地震引起的基礎層所在樓層加速度為0.573 m/s2，破裂向前方向性效應下為遠場地震作用下的2.99倍，滑沖效應下為遠場地震作用下的1.91倍；六層隔震在遠場地震引起的基礎層所在樓層加速度為0.531 m/s2，破裂向前方向性效應下為遠場地震作用下的2.95倍，滑沖效應下為遠場地震作用下的1.89倍；九層隔震在遠場地震引起的基礎層所在樓層加速度為0.473 m/s2，破裂向前方向性效應下為遠場地震作用下的3.54倍，滑沖效應下為遠場地震作用下的2.24倍。觀察各樓層的加速度變化趨勢可以發現，雙層隔震體系在中間隔震層所在樓層以下的樓層呈現降低趨勢，在中間隔震層以上樓層突變增大，且此突變幅度隨中間層位置的升高而增大，九層隔震結構突變最大，盡管六層隔震和九層隔震結構相較于三層隔震結構對結構低樓層的樓層加速度有一定減小，但六層隔震和九層隔震對高樓層的樓層加速度增加很大，這會使得高樓層給結構帶來很大的傾覆力矩，對于控制結構傾覆是十分不利的。

顯而易見，近斷層地震波對雙層隔震體系傾覆力矩的影響相較于遠場地震要嚴重得多，在近斷層地震動作用下的雙層隔震體系有更大的傾覆風險，且三種雙層隔震體系中，三層隔震相對其他兩種體系樓層加速度更小，在近斷層地震動作用下的抗傾覆能力更強。

2.2 各樓層位移對比

樓層位移同樣是影響隔震傾覆能力的重要因素，樓層位移的增大會導致隔震結構抗傾覆力矩的減小，于結構的抗傾覆性能不利。將模型在地震動加速度峰值為220 mm/s2 時，雙層隔震體系各層的位移均值列于表4，反應取值均為四種不同類型的地震波下地震記錄計算結果的平均值。

通過表4可以發現，近斷層地震動作用下雙層隔震體系各樓層位移的變化趨勢基本與遠場地震作用下一致，各樓層位移都隨樓層的升高而增大，且在中間隔震層所在樓層位移會突變增大。近斷層地震動作用下三層隔震、六層隔震、九層隔震結構各樓層位移相比于遠場地震有不同程度的放大，且不同的近斷層地震運動特征對樓層位移的放大幅度有較大差異，滑沖效應作用下三層隔震各層位移均達到遠場地震作用下的4.5倍以上，破裂向前方向效應作用下九層隔震各層位移均達到遠場地震作用下的近2.98倍以上；滑沖效應作用下六層隔震各層位移均達到遠場地震作用下的5.3倍以上，破裂向前方向效應作用下九層隔震各層位移均達到遠場地震作用下的近4.23倍以上；滑沖效應作用下九層隔震各層位移均達到遠場地震作用下的4.74倍以上，破裂向前方向效應作用下九層隔震各層位移均達到遠場地震作用下的近4.24倍以上。

2.3 近遠場抗傾覆比對比

從圖2可以看出，對比不同近斷層地震動運動特征之間的差異，近斷層脈沖型地震作用下的雙層隔震體系遠小于遠場地震作用，相同的地震加速度峰值下所對應的雙層隔震體系抗傾覆比，遠場非脈沖型地震是破裂向前方向效應的2.07倍以上，滑沖效應的2.51倍以上，在近斷層地震相當于7度罕遇地震下的抗傾覆比甚至小于遠場9度罕遇地震下的抗傾覆比。這表明近斷層脈沖型地震對于雙層隔震體系的抗傾覆性能影響相較于遠場地震十分不利，因此在近斷層地區的雙層隔震體系建筑在進行房屋設計時應該對抗傾覆性能采取更為嚴格的標準。

3 雙層隔震體系不同隔震層抗傾覆性能對比

分析雙層隔震體系的兩個隔震層在不同近斷層地震波作用下的隔震層抗傾覆能力相關參數（最大水平位移、最大拉應力、最大壓應力），判斷相關參數在不同地震動加速度峰值、不同近斷層地震動運動特征下的變化規律，并找出不同條件下雙層隔震體系最主要的破壞形式和影響傾覆破壞的關鍵性指標。

3.1 隔震支座水平位移對比

3.1.1 破裂向前方向效應 圖3為三種雙層隔震體系在破裂向前方向效應下基礎、中間隔震層的最大水平位移。通過對比可以發現，三層隔震可以較為有效地控制破裂向前方向效應對隔震層水平位移的影響，在相當于9度罕遇地震下其基礎層最大水平位移也并未超出隔震層水平位移限值440 mm，在地震動加速度峰值較小時，基礎層和中間層最大水平位移數值接近，但隨著加速度峰值的升高，兩個隔震層最大位移的差值增大，從加速度峰值為220 mm/s2到620 mm/s2，基礎隔震層最大位移增加了9.68倍，中間隔震層增加了6.79倍，說明破裂向前方向效應影響下的三層隔震基礎層相較于中間層發生傾覆的可能性更大，基礎隔震層抵抗破裂向前方向效應的能力較弱。六層隔震和九層隔震相比于三層隔震在破裂向前方向效應作用下，基礎隔震層水平位移增大，中間隔震層位移減小，加速度峰值為620 mm/s2時六層隔震的基礎層最大位移為441.34 mm，九層隔震為474.83 mm，已經超出限值。對比三種雙層隔震體系可以看出，隨著中間隔震層位置的上移，中間隔震層的最大位移隨之減小，但基礎隔震層最大位移隨加速度峰值的增加而增加的趨勢更快，它們的基礎隔震層更容易發生傾覆，傾覆性能相比三層隔震較差，所以三種雙層隔震體系中三層隔震在面對破裂向前方向效應地震波時具有最好的抗傾覆性能。

從圖3中也可以看出，隨著地震加速度峰值的增大，破裂向前方向效應作用下雙層隔震體系隔震層的最大位移逐漸增加，當地震峰值加速度從220 mm/s2增加至620 mm/s2時，近斷層地震動作用下的三層隔震基礎層最大位移由39.77 mm增加至424 mm，最大值與限值（440 mm）的比值由9%增加到96%，六層隔震由10%增加到100%，九層隔震由11%增加到108%，說明雙層隔震體系基礎隔震層最大位移隨峰值加速度增大時變化明顯，今后在對雙層隔震體系進行隔震層設計時，針對隔震支座的位移指標需要注意。

3.1.2 滑沖效應

圖4為三種雙層隔震體系在滑沖效應下兩個隔震層的最大水平位移，可以發現滑沖效應對雙層隔震體系影響很大。與破裂向前方向效應作用下類似，雙層隔震體系在滑沖效應影響下，基礎隔震層隨著加速度峰值的增加比中間隔震層增加的幅度更大，并且隨著中間隔震層的上移，基礎隔震層增加的幅度還會增加，當水平地震加速度峰值從220 mm/s2增大到620 mm/s2 時，三層隔震的基礎隔震層最大水平位移由22.7 mm增加至664.56 mm，六層隔震由27.79 mm增加至697.75 mm，九層隔震由29.1 mm增加至785.01 mm，這說明雙層隔震體系在9度罕遇地震的滑沖效應影響下隔震層位移已經遠超出位移限值，這對于隔震支座來說是十分危險的。三層隔震和六層隔震在地震波加速度峰值為510 mm/s2時以及九層隔震在地震波加速度峰值為400 mm/s2時，基礎隔震層的水平位移就均已經超過限值。相比之下，三層隔震比另外兩種隔震體系相對安全，但仍有較大的安全隱患，滑沖效應的作用很可能會導致雙層隔震體系隔震支座的傾覆，這是因為滑沖效應具有很大的速度脈沖，這種速度脈沖持續時間短但是會在短時間內給結構輸入極大的能量，進而給隔震結構的隔震層帶來很大的水平位移。

3.1.3 人工地震波

圖5為人工地震波下三種雙層隔震體系兩個隔震層的最大水平位移，可以發現本研究選取的人工地震波不會使兩個隔震層產生較大位移，在加速度峰值為620 mm/s2 時，三層隔震中隔震層位移較大的為中間隔震層，但最大位移僅為214.43 mm，六層隔震和九層隔震中隔震層位移較大的為基礎隔震層，最大位移分別為246.97 mm和266.53 mm，都遠小于限值440 mm。

3.2 隔震支座壓應力對比

3.2.1 破裂向前方向效應" 圖6為三種雙層隔震體系在破裂向前方向效應下基礎隔震層和中間隔震層的最大壓應力。通過對比可以發現，雙層隔震體系的最大壓應力在所有條件下均出現在基礎隔震層，并隨加速度峰值的升高基本呈線性增長，且雙層隔震體系中間隔震層位置越靠上，兩個隔震層差異越大，基礎隔震層最大壓應力越大，中間隔震層壓應力越小，但破裂向前方向性效應不會使雙層隔震體系的隔震層產生過大壓應力，所有條件下隔震層壓應力都未超出限值，當地震動加速度峰值為620 mm/s2 時，三層隔震最大壓應力值為9.98 MPa，六層隔震最大壓應力值為11.12 MPa，九層隔震最大壓應力值為11.86 MPa。由此來看，三種雙層隔震體系都可以在近斷層破裂向前方向效應作用下保證隔震支座具有較好的抗壓能力。

3.2.2 滑沖效應 圖7為三種雙層隔震體系在滑沖效應下基礎隔震層和中間隔震層的最大壓應力。通過對比可以發現，三種運動特征下的近斷層地震波作用下雙層隔震體系隔震層的變化規律基本相同，但是滑沖效應作用下的雙層隔震體系隔震層壓應力值明顯更大，隨加速度峰值增加而增加的幅度也更明顯，但滑沖效應依然能保證雙層隔震體系的隔震層壓應力在絕大多數條件下都不超出限值，其中，三層隔震在所有條件下隔震層壓應力也未超出限值，六層隔震和九層隔震在地震動加速度峰值為620 mm/s2 時略微超限，六層隔震最大壓應力值為15.12 MPa，九層隔震為17.06 MPa。由此來看，三種雙層隔震體系都可以在近斷層滑沖效應作用下大多數情況下都可以保證隔震支座較好的抗壓能力。

3.2.3 人工地震波 圖8為人工地震波下基礎隔震層和中間隔震層的最大壓應力。所有條件下隔震層壓應力都未超出限值，當地震動加速度峰值為620 mm/s2 時，三層隔震最大壓應力值為8.56 MPa，六層隔震最大壓應力值為10.77 MPa，九層隔震最大壓應力值為13.21 MPa。

可以看出近斷層地震動作用下，無論近斷層地震波中脈沖大小，雙層隔震體系都基本不會出現隔震支座壓應力超限的情況，但在控制壓應力方面三層隔震仍是三種雙層隔震體系中最好的。

3.3 隔震支座拉應力對比

3.3.1 破裂向前方向效應 觀察圖9可以發現，破裂向前方向效應很容易使雙層隔震體系產生較大拉應力，基礎隔震層與中間隔震層的拉應力最大值差異較為明顯，且中間隔震層位置越高，兩個隔震層之間的差異越明顯。7度罕遇地震下三層隔震基礎層最大拉應力為0.73 MPa，中間隔震層為0.34 MPa，未超出限值，六層隔震基礎層最大拉應力為1 Mpa，中間隔震層0.53 Mpa，基礎隔震層已經超出限值，九層隔震基礎隔震層最大拉應力為1.37 Mpa，超出限值，中間隔震層未產生拉應力，隨著中間隔震層位置的上移，雙層隔震體系中間隔震層的最大拉應力明顯減小，九層隔震的中間隔震層在極罕遇地震下中間隔震層也幾乎不產生拉應力，但同時基礎隔震層的最大拉應力會大幅增加，中間層布置過高對于控制雙層隔震體系的抗傾覆能力是很不利的。總結來看，近斷層地震動破裂向前方向效應作用下，三層隔震在7度罕遇下基本可以保證結構不會因隔震支座受拉產生傾覆，六層隔震和九層隔震在7度罕遇地震下隔震支座受拉已經超出限值，但當加速度峰值較高時，所有雙層隔震體系的隔震層都有很大的受拉傾覆風險，所以三層隔震雖然相比之下優于另外兩種雙層隔震體系，但破裂向前方向效應對于雙層隔震體系仍具有很大威脅。

3.3.2 滑沖效應 如圖10所示，近斷層地震動滑沖效應具有明顯的速度脈沖，雖然持續時間較短，但是仍會給結構輸入較大能量，滑沖效應作用下的雙層隔震體系在地震動加速度峰值為310 mm/s2 ，相當于7度（0.15 g）罕遇地震時三種模型基礎隔震層的拉應力都已經超出限值1 MPa，三層隔震為1.05 MPa，六層隔震為1.59 MPa，九層隔震為2.28 MPa，而當地震動加速度峰值為220 mm/s2時并未出現拉應力，這說雙層隔震體系隔震層的最大拉應力受速度脈沖影響與地震波的強度有很大關系，地震波強度稍微增加都會造成隔震支座嚴重的受拉破壞。

3.3.3 人工地震波 如圖11所示，本研究選取的人工地震波使隔震層產生了一定拉應力但并未超限。

3.4 影響雙層隔震體系傾覆效應的關鍵指標

為判斷近斷層地震動作用下雙層隔震體系防止傾覆進行隔震支座設計時應著重考慮的指標，分析了雙層隔震體系受近斷層地震動作用下與抗傾覆能力相關的各相應指標與對應限值之比（圖12），當結構最大響應與響應之比超過100%時，認定結構失去其承載能力，已經產生傾覆破壞。綜合比較各響應情況，得到雙層隔震體系模型在不同類型近斷層地震動作用下結構的破壞原因及主要破壞形式。

對比圖12（a）曲線可以看出，在近斷層地震波破裂向前方向性效應作用下，對于三種雙層隔震體系，在破裂向前方向效應下隔震支座受拉是其主要破壞形式，在地震動加速度峰值為620 mm/s2時，三層隔震隔震支座所受拉應力超出允許值180.9%，六層隔震超出296.37%，九層隔震超出370.79%，而雙層隔震體系隔震支座的支座位移及支座所受壓應力受破裂向前方向效應作用一般情況下不會超過允許值，只有9度罕遇地震下三層隔震結構隔震支座位移接近限值，六層隔震和九層隔震結構略微超出限值。

由圖12（b）可見，在近斷層地震動滑沖效應作用下，雖然隔震支座受拉仍然是最主要的破壞形式，但隔震支座的水平位移和壓應力指標都已經不能保證在加速度峰值較高時仍能基本保證其不超出允許值，在地震動加速度峰值為620 mm/s2時，三層隔震隔震支座所受拉應力超出允許值582.08%，六層隔震超出755.16%，九層隔震超出881.46%，超限嚴重。

經比較，三種雙層隔震體系對于隔震支座的位移和壓應力指標，其抗傾覆能力曲線較為接近，說明中間層位置的不同對于雙層隔震體系隔震支座最大位移和最大壓應力的影響并不明顯，不同雙層隔震體系隨地震動峰值加速度變化的幅度大致相同，在相同設計標準下這兩個指標安全水平接近。而對于隔震支座拉應力這一指標，其抗傾覆能力曲線差異明顯，說明中間層位置的不同對于雙層隔震體系隔震支座拉應力大小的影響較大，隔震支座拉應力最大值隨中間隔震層位置的上移變明顯變大，所以綜合來看，當雙層隔震體系將中間隔震層布置在結構下部位置時，可以保證其擁有較好的抗傾覆能力。

在模擬過程中對三種雙層隔震體系輸入近斷層無速度脈沖地震動，進而得到圖12（c）無速度脈沖相關指標，可以發現在近斷層地震波無速度脈沖地震動作用下，三種雙層隔震體系在地震動加速度峰值處于220 mm/s2到620 mm/s2范圍內，隔震支座的三個指標遠遠小于支座允許值，即均能保證不超出限值。這表明近斷層地震動中的速度脈沖會對雙層隔震體系造成嚴重影響，但當近斷層地震動中不包含脈沖時，隔震層是相對安全的。

4 結 論

通過建立三層隔震、六層隔震、九層隔震結構模型，對其輸入近斷層地震動，研究分析雙層隔震體系的抗傾覆性能。主要結論如下：

（1）雙層隔震體系在近斷層地震波影響下各層加速度最大值達遠場地震波作用下相應最大值的近2倍以上。近遠場地震作用下雙層隔震體系樓層位移都隨樓層升高而升高，且在中間層所在樓層突變，破裂向前方向效應對樓層位移影響最大，滑沖效應次之。地震烈度越大則雙層隔震體系的抗傾覆比越小，且近斷層地震動會使抗傾覆比降低更快，近斷層無速度脈沖地震作用下的雙層隔震體系抗傾覆比略小于遠場非脈沖型地震，而近斷層脈沖型地震作用下的雙層隔震體系明顯小于遠場地震作用。

（2）雙層隔震體系受近斷層地震動作用，其基礎隔震層發生傾覆破壞的風險高于中間隔震層。近斷層地震動作用下，雙層隔震體系隔震層壓應力不會超限，隔震層位移和拉應力有超限風險。包含速度脈沖的破裂向前方向效應和滑沖效應會嚴重影響隔震層的抗傾覆性能，其中滑沖效應破壞最為嚴重。

（3）雙層隔震體系的隔震層受拉是其在近斷層地震動作用下最主要的破壞形式。三層隔震結構的抗傾覆表現優于六層和九層隔震結構，因此將雙層隔震體系的中間隔震層布置在建筑中間偏下位置可以保證更好的抗傾覆能力。

參考文獻：

［1］ PHOCAS M C， PAMBORIS G. Multi-storey structures with compound seismic isolation［J］. Earthquake Resistant Engineering Structures VII， 2009， 104： 207-16.

［2］ WANG X， LIU H. Analysis of dynamic responses of the high-rise structure controlled by segmented isolation［J］. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration2008.

［3］ YING Z. Study on seismic reduction performance and parameter design of newly segmented isolation system［J］. China Civil Engineering Journal， 2010.

［4］ 孫權. 框架結構雙層隔震可行性探究［J］. 科技創業月刊， 2016， 29（21）： 110-112，114.

［5］ SKANDALOS K， AFSHARI H， HARE W， et al. Multi-objective optimization of inter-story isolated buildings using metaheuristic and derivative-free algorithms［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering， 2020， 132： 106058.

［6］ 榮強，王貴康，張興，等.平面不規則高層建筑雙層隔震體系的抗扭分析［J］.煙臺大學學報（自然科學與工程版），2018，31（3）：260-266.

［7］ 榮強，陸寧，張興，等.高層建筑雙層隔震體系的地震響應分析［J］.工程抗震與加固改造，2018，40（4）：87-92.

［8］ 張雪，榮強，張興，等.豎向不規則高層建筑雙層隔震體系的抗扭分析［J］.工程抗震與加固改造，2021，43（2）：54-61.

［9］ MAZZA F， VULCANO A. Effects of near-fault ground motions on the nonlinear dynamic response of base-isolated r.c. framed buildings［J］. Earthquake Engineering and Structural Dynamics， 2012， 41（2）： 211-232.

［10］ WANG Y， LIU Y， WANG H. Research on the Influence of Near-Fault Round Motion Pulse Characteristics on Seismic Response of Base-lsolated Structures［J］. IOP Conference Series Earth Environmental， 2020， 560： 012052.

［11］ BHANDARI M， BHARTI S D， SHRIMALI M K， et al. The numerical study of base-lsolated buildings under near-field and far-field earthquakes［J］. Journal of Earthquake Engineering， 2017： 1-19.

［12］ SAHA A， MISHRA S K. Amplification of seismic demands in inter-storey-isolated buildings subjected to near-fault pulse-type ground motions［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering， 2021， 147：106771.

［13］ 賀秋梅， 李小軍， 楊宇. 近斷層速度脈沖型地震動作用基礎隔震建筑位移反應分析［J］. 應用基礎與工程科學學報， 2014， 22（1）： 1-13.

［14］ 潘毅， 時勝杰， 常志旺， 等. 近斷層脈沖地震動對基礎隔震結構放大效應的量化分析［J］. 土木工程學報， 2018， 51（11）： 8-16.

［15］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.建設抗震設計規范（GB50011—2010）（2016年版）［S］. 北京：中國建筑工業出版社，2016.

Influence of Near-Fault Ground Motion on Overturning Characteristics of Double Layer Isolation System

RONG Qiang1， LI Bowen1， LIU Haiyang1， CHEN Yongtao2

（1.School of Civil Engineering，Yantai University， Yantai 264005， China; 2. Qingdao Jinyuan Engineering Detection Co. Ltd.， Qingdao 266000， China）

Abstract：To study the impact of near fault ground motion for the anti-overturning performance of a double layer isolation system， the intermediate isolation layers are set up on the third， sixth， and ninth floors， respectively. The double layer isolation system is established， and near fault seismic waves with different motion characteristics are input to explore the anti-overturning performance of double layer isolation system. Research shows that the near-fault pulse type ground motion seriously affects the anti-overturning performance of the double layer isolation system. As the peak acceleration of the seismic motion increases， this effect becomes more pronounced. The structure is prone to overturning failure under the fling step effect containing velocity pulses and rupture forward directivity. Under the action of near fault ground motion， the compressive stress of the isolation layer of double-layer isolation system will not exceed the limit， but the displacement and tensile stress of the isolation layer will exceed the limit value， leading to the overturning of the isolation layer. Moreover， among the two isolation layers included in the double-layer isolation system， the overturning risk of the basic isolation layer is greater. When the intermediate isolation layer is set at the third floor， the anti-overturning performance of double layer isolation system is the best.

Keywords：near-fault ground motion; double-layer isolation; anti-overturning; pulse effect

（責任編輯 周雪瑩）