某框架結(jié)構(gòu)隔震層優(yōu)化設(shè)計(jì)

彭彥煌

（廣州大學(xué)土木工程學(xué)院）

0 引言

經(jīng)過歷次地震，隔震結(jié)構(gòu)已證明了減震能力[1]。Ryan 等[2]分析了隔震層不同位置及參數(shù)的層間隔震結(jié)構(gòu)，得出不同的減震效果；宋曉等[3]對(duì)其深究，通過分析某一框架結(jié)構(gòu)，對(duì)比分析基礎(chǔ)﹑層間隔震結(jié)構(gòu)的減震效果，證明隔震層存在最優(yōu)參數(shù)。本文根據(jù)位移響應(yīng)均方值表達(dá)式，因LRB+LNR 隔震層在面對(duì)脈沖地震動(dòng)時(shí)較易超限，所以選用HDR 對(duì)某框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔震層優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 工程概況

該模型為單一框架結(jié)構(gòu)，總共9 層，層高均為3.300m；地震設(shè)防烈度為8 度，場(chǎng)地類型為Ⅱ類，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地特征周期為0.40s。本文選擇了Elcentro 波、Taft波、人工波以及三條近場(chǎng)脈沖地震動(dòng)，分別對(duì)基底隔震、一層隔震（隔震層布置在一樓柱頂）、三層隔震等三個(gè)LRB+LNR 方案以及三層隔震HDR 方案進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)算分析。

2 公式推導(dǎo)

針對(duì)層間隔震結(jié)構(gòu)，本文選擇兩質(zhì)點(diǎn)模型[4]，如圖1，將隔震層及上部結(jié)構(gòu)、隔震層下部結(jié)構(gòu)分別簡(jiǎn)化成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。

在線彈性情況下,由圖1 所示計(jì)算模型的振動(dòng)方程如下：

圖1 兩質(zhì)點(diǎn)模型

方程組兩邊進(jìn)行傅里葉變換得：

由隨機(jī)振動(dòng)分析方法，設(shè)激勵(lì)為理想白噪聲，即功率譜密度為S0。設(shè)結(jié)構(gòu)層間位移x1和x2的功率譜密度分別為Sx1（w）=S0∣Hx1（w）∣2，Sx2(w)=S0∣Hx2（w）∣2。

則x1和x2位移響應(yīng)均方值表達(dá)式為[5]：

其中：

其中：

令ζ1=0[6]進(jìn)一步將F（p，q）簡(jiǎn)化成：

因此：

選擇三層隔震方案作為驗(yàn)算對(duì)象，即質(zhì)量比q=2，代入方程求得k2=0.4622k1，結(jié)合ETABS 最終求得支座水平等效剛度約為2187KN/m。

3 動(dòng)力計(jì)算分析

3.1 地震波選取

本文選取了6 組地震記錄,根據(jù)規(guī)范規(guī)定：每條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力均超過振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%，3 條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力平均值大于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%。表1 給出了6 組地震記錄對(duì)比。

表1 底部剪力比值

3.2 隔震方案

組合使用LRB600（布置在樓層外圍）和LNR600（布置在樓層內(nèi)部）建立基底隔震、一層隔震、三層隔震模型；全部使用HDR520 建立三層隔震模型，支座參數(shù)如表2 所示。

表2 支座參數(shù)

3.3 分析結(jié)果

使用ETABAS 在設(shè)防烈度下算得模型的層間剪力進(jìn)而算出減震系數(shù)，僅列出第一樓層的結(jié)果，如表3 所示；在罕遇烈度下驗(yàn)算支座是否超限，其中LRB600 位移限值是330mm，HDR520 位移限值是252mm，結(jié)果如表4 所示。

表3 減震系數(shù)

表4 隔震層位移

4 結(jié)論

各個(gè)隔震方案相較于抗震結(jié)構(gòu)均具備一定減震能力，但是對(duì)部分脈沖地震動(dòng)的減震效果一般；尤其是在罕遇烈度下，使用LRB600+LNR600 的三個(gè)方案支座位移均超限；使用HDR520 的三層隔震方案雖減震效果略差于基底隔震，但是支座沒有超限，并且造價(jià)也比基底隔震方案低。因此若要考慮脈沖地震動(dòng)對(duì)隔震結(jié)構(gòu)影響時(shí)，可以使用部分高阻尼橡膠支座代替天然橡膠支座。