淺談建筑結構中框架的隔震設計

黃盛萍

【摘 要】我國是個多地震國家，隨著地震頻發(fā)現(xiàn)象的日益突出，人們的防震減災意識不斷提高，建筑隔震技術受到了人們的高度重視。與傳統(tǒng)框架結構的抗震設計相比，隔震設計主要是通過隔震層的設置來吸收地震能量，延長結構體系的自震周期，從而降低上部結構的地震響應。目前，隨著社會的發(fā)展以及科技的進步，建筑隔震技術已經在一些地震頻發(fā)的高烈度區(qū)得到了廣泛應用。

【關鍵詞】框架；隔震；結構設計

1 框架隔震技術的前期咨詢工作

建筑工程在尚未進行隔震設計之前，還處于建筑方案階段時，建設單位可組織有經驗的專家或委托專門的咨詢機構展開框架隔震技術的前期咨詢工作。主要針對當地抗震設防烈度、結構高度、高寬比、結構形式以及有無地下室等情況，就框架隔震結構設計的相關問題展開詳細的咨詢，對該項目采用框架隔震方案技術上的可行性和經濟上的合理性進行評估，指出建筑、結構、水電等各個專業(yè)在設計中的注意事項，并對構造措施提出相應的意見和建議。

1.1 前期咨詢工作中，應注意以下問題

（1）框架隔震建筑的經濟性問題：

對業(yè)主來說采用框架隔震技術是否經濟是非常重要的問題，采用隔震技術，增加了隔震支座費用、隔震構造措施的費用，但是減小了上部結構梁柱截面，節(jié)約了鋼材和混凝土用量，同時增加了房屋的使用面積，在前期工作中盡可能的對隔震建筑的經濟性進行合理分析。根據大量的工程經驗，在抗震設防烈度高的地區(qū)采用隔震技術具有比較明顯的經濟性。

（2）隔震建筑的適用性問題：

隔震技術目前在我國主要應用于使用功能有特殊要求的建筑，例如安全性要求較高的學校、車站、體育館等，使用功能不能間斷的醫(yī)院、通訊、消防等建筑，以及存放存放珍貴物品的建筑或珍貴建筑，如博物館、檔案館、紀念性建筑等。由于隔震裝置僅對抵抗地震作用有效，在風荷載或其他水平荷載的作用下，隔震建筑更宜傾覆，因此隔震技術的應用還應滿足我國抗震規(guī)范規(guī)定的非地震作用水平荷載標準值產生的總水平力不超過結構總重力10% 的要求。同時，隔震建筑宜建在場地類別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類場地，且選用穩(wěn)定性較好的基礎類型。此外，框架結構高寬比宜小于4，變形特征接近剪切變形，最大高度應滿足規(guī)范要求，否則采用隔震設計應進行專門研究。

1.2 框架隔震設計思路

咨詢工作結束以后，在進行隔震設計時，需要對建筑工程的抗震設防烈度、場地條件、使用功能及建筑、結構方案，從安全和經濟兩方面進行綜合分析。若該工程宜采用隔震技術，應先進行初步設計，除應滿足規(guī)范的相關條文外，還應合理確定隔震支座的類型和布置位置。目前，國內的框架隔震設計多采用分部設計的方法，即整個框架隔震設計分為四步：上部結構設計、隔震層設計、下部結構設計和基礎部分設計。

2 框架隔震建筑設計要點

2.1 框架隔震層的設置位置及數量

確定隔震層的位置是隔震設計的第一步。對于沒有地下室的建筑，需要增加一層作為隔震層，隔震層的層高不宜過高，過高對結構不利也不經濟，但也不能過低，過低不便于日后隔震層的維護和檢修。對于有地下室的建筑，框架隔震層可以設置在地下室這一層，框架隔震支座放置在地下室柱頂或墻頂、柱中或墻中、柱底或墻底均可，可根據地下室的實際使用功能來確定框架隔震支座放置的位置。根據工程經驗，大部分是放置在地下室柱頂或墻頂，這樣避免了單獨設置支座造成的費用增加，保證框架隔震建筑的經濟性。然而，隔震支座設置在柱頂，必然會導致下支柱很粗大，可能影響地下室的使用功能，因此可以將下支柱設計為牛腿，也可在下柱頂部設置拉梁。隔震支座的數量、規(guī)格和分布可根據豎向承載力、側向剛度和阻尼的要求計算確定。

2.2 框架隔震結構的計算

建筑結構隔震設計的計算分析，包含計算模型、地震波選取、地震作用計算等內容。對于框架結構，其隔震體系的計算簡圖采用剪切型結構模型，一般宜采用時程分析法進行計算。首先輸入地震波的反應譜特性和數量，按設計地震分組和建筑場地類別分別選用人工模擬的加速度時程曲線和不少于總數2/3 的實際強震記錄，多組時程曲線的平均地震影響系數曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統(tǒng)計意義上相符，計算結果宜取時程法的平均值和振型分解反應譜法的較大者。求水平向減震系數時，多層框架隔震結構的層間剪力按多遇地震作用下用時程分析法計算求得。水平向減震系數應根據結構隔震與非隔震兩種情況下各層層間剪力的最大比值來分析選取。

3 框架隔震建筑設計的應用目標

框架隔震設計的關鍵是確定初步的隔震設計目標。需要說明的是：第一，進行上部結構設計時，抗震設計方法還沿用傳統(tǒng)抗震設計的方法，只是水平地震作用應采用降低后的值，當地的抗震設防烈度并沒有降低；第二，疊層橡膠支座不能隔離豎向地震作用，所以上部結構設計時豎向地震作用仍保持不變，特別是對于高烈度地區(qū)，隔震建筑設計中應考慮的豎向地震作用比傳統(tǒng)抗震建筑大得多。

依據以往大量隔震工程項目的經驗，場地條件好，如I、II 類場地，上部結構規(guī)則、質量和剛度分布均勻，層數在6 層以下時，多采用框架結構，可以初步按隔震目標為降低一度

半考慮；6 ～ 12 層時，位于高烈度區(qū)，一般會采用框剪結構或者剪力墻結構，可以初步按隔震目標降低一度或者一度以上確定?？偟膩碚f，隔震建筑的抗震設防目標要高于非隔震建筑，也只有高于非隔震建筑的設防目標才能體現(xiàn)隔震建筑的安全性。

4 結束語

框架結構隔震技術已經取得了豐碩的成果，特別是在美國、新西蘭和日本等發(fā)達國家不僅理論比較成熟，而且被廣泛應用于實際工程中，我國也越來越重視隔震技術的發(fā)展。在框架結

構的隔震設計過程中，既要把握住隔震結構與傳統(tǒng)結構一致的地方，又應特別注意區(qū)別之處，通過對比分析，提高建筑的安全性及適用性，減輕地震對建筑物造成的損失，從而帶來較大的經濟效益和社會效益，并使其可靠性和優(yōu)越性得到充分的體現(xiàn)。

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