某高烈度區(qū)辦公樓隔震設(shè)計(jì)分析

摘要：基于ETABS有限元分析程序，對(duì)某高烈度區(qū)辦公樓實(shí)際工程進(jìn)行了隔震設(shè)計(jì)，并采用反應(yīng)譜和時(shí)程分析法對(duì)隔震結(jié)構(gòu)和普通抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行了地震作用的響應(yīng)分析，分析結(jié)果顯示，隔震結(jié)構(gòu)相比普通結(jié)構(gòu)的樓層層間剪力和樓層位移都明顯減小，效果明顯，滿足了相關(guān)規(guī)范的要求，在高烈度區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用隔震技術(shù)是一種很好的結(jié)構(gòu)抗震手段。

關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu)；基礎(chǔ)隔震；反應(yīng)譜分析；時(shí)程分析法

1工程概要

某辦公樓框架結(jié)構(gòu)層數(shù)為7層，其中首層層高為4m，其余層高為2.9m，框架高度21.4m，。樓板為120mm厚鋼筋混凝土板，混凝土等級(jí)全部采用C30。

工程概況：本工程場(chǎng)地土的類型為中硬場(chǎng)地土，場(chǎng)地類別II類；基本風(fēng)壓按50年一遇的基本風(fēng)壓，取0.3kN/m2；地面粗糙度B類；抗震設(shè)防烈度9度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.4g，設(shè)計(jì)地震分組第一組，抗震等級(jí)為一級(jí)。計(jì)算時(shí)結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)為0.8，場(chǎng)地特征周期為0.4s，結(jié)構(gòu)的阻尼比取0.05。

2.模型建立

分別用PKPM和ETABS進(jìn)行建模，將建筑分A段和B段。該模型共4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層，1層為第一標(biāo)準(zhǔn)層，2層為第二標(biāo)準(zhǔn)層，3-6層為第三標(biāo)準(zhǔn)層，7層為第四標(biāo)準(zhǔn)層，見圖2-1。

第一標(biāo)準(zhǔn)層最上排柱截面為500mm×500mm，其余柱均為600mm×600mm；其余標(biāo)準(zhǔn)層最上排柱截面為400mm×400mm，其余均為500mm×500mm。對(duì)于梁截面，縱向梁截面均為250mm×450mm，橫向梁截面均為250mm×400mm。樓板厚度均為120mm?；炷帘Ｗo(hù)層厚度為20mm。本文選取結(jié)構(gòu)A段進(jìn)行分析。梁柱采用桿單元，樓板采用膜單元。本工程中，不考慮地下室和地基對(duì)上部結(jié)構(gòu)的作用，采取非隔震措施時(shí)將±0.000以下部分視為固結(jié)于地面。因此在非隔震時(shí)，ETABS中結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的底部支座選用固定支座。

3.隔震結(jié)構(gòu)分析

采用ISOLATOR1類型連接單元模擬橡膠支座隔震器。本工程選擇普通橡膠隔震支座LNR500和鉛芯橡膠隔震支座LBR500，其中LBR500隔震支座10個(gè)，其余均為L(zhǎng)NR500隔震支座，具體布置見圖3-1。

分別對(duì)原結(jié)構(gòu)與隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行反應(yīng)譜分析，對(duì)比其抗震性能。首先用ETABS對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析，由于反應(yīng)譜計(jì)算只能在彈性范圍內(nèi)進(jìn)行，所以隔震支座在計(jì)算模型中只提供水平方向和等效線性阻尼。

而非線性時(shí)程分析時(shí)，橡膠隔震支座則應(yīng)定義為非線性連接屬性，其在ETABS程序中的模擬時(shí)的滯回模型采用Bouc-Wen模型，需要定義彈性剛度、屈服后剛度比和屈服荷載。本工程隔震層設(shè)為1500mm。

3.1隔震結(jié)構(gòu)與普通結(jié)構(gòu)的反應(yīng)譜分析

3.1.1反應(yīng)譜分析

本文僅對(duì)A段隔震結(jié)構(gòu)與非隔震結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行反應(yīng)譜分析。在ETABS程序中實(shí)現(xiàn)振型分解反應(yīng)譜法，需要考慮不同數(shù)量振型組合，本文分析時(shí)采用的是依據(jù)我國(guó)規(guī)范規(guī)定（考慮結(jié)構(gòu)藕聯(lián)效應(yīng)的情況）要求的SRSS和CQC兩種組合方法。

1.樓層剪力

該工程采用采用振型分解反應(yīng)譜法對(duì)兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析（輸入抗震設(shè)防烈度為9度（0.4g）反應(yīng)譜在罕遇地震作用時(shí)的水平地震影響系數(shù)為1.4），得出該結(jié)構(gòu)在多遇地震與罕遇地震作用下的樓層剪力如圖3-2和圖3-3所示。分析結(jié)果表明，采用層間隔震結(jié)構(gòu)在隔震層以上的樓層剪力減小比較明顯，X向和Y向減小都為80%左右（隔震層除外）。

從圖中可以看出層間隔震結(jié)構(gòu)的層間位移在隔震層較大，并且采用隔震結(jié)構(gòu)后結(jié)構(gòu)的層間位移角都明顯大于規(guī)范中規(guī)定的彈性層間位移角限值要求1/550，在隔震層上部樓層的位移都趨于平動(dòng)。為此可以看出采用隔震結(jié)構(gòu)后，結(jié)構(gòu)的抗震性能能明顯得到改善。且在大震作用下，隔震結(jié)構(gòu)也滿足彈塑性層間位移角限值1/50，對(duì)于普通結(jié)構(gòu)能大大的改善其抗震性能。

3.1.2時(shí)程分析

1.地震波的選取

對(duì)于地震波的選取應(yīng)充分考慮到所分析的建筑結(jié)構(gòu)所處場(chǎng)地條件（場(chǎng)地類別、特征周期等）和設(shè)防烈度，還要注意所選用地震波的頻譜特性是否具有廣泛的代表性。

本工程選取以下三條地震波：ELcentro波（EL波）、TAFT波和人工波（AW）（根據(jù)抗震設(shè)防烈度為9度，II類場(chǎng)地，分組為第一組生成）。

2.分析結(jié)果

通過時(shí)程分析得出普通結(jié)構(gòu)和隔震結(jié)構(gòu)在不同地震波作用下的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，抗震設(shè)防烈度為9度（小震時(shí)輸入加速度峰值為PGA=140gal，大震時(shí)輸入加速度峰值為PGA=620gal）的地震波，各地震波作用下結(jié)構(gòu)的樓層剪力如圖3-6～3-11。