关键词

大底盘隔震结构 、隔震层、上部结构、下部结构及基础

导  读

随着城市轨道交通的快速发展，越来越多的地铁上建设二级开发项目，因上、下结构体系不一致，采用裙房大底盘顶隔震结构设计，项目较多涉及高位转换、上下刚度相差大，竖向严重不规则等，结构超限时，需进行项目整体抗震超限审查。

大底盘隔震结构设计审查分为隔震层、隔震上部结构、隔震下部结构及基础审查，施工图审查主要关注现行规范、规程、抗震超限专项审查有关的抗震及隔震等相关问题。

现结合2020年审查项目:某地铁车辆段综合利用联检库上盖二级开发住宅工程-大底盘隔震超限结构施工图的设计及审查中存在的主要问题进行分析汇总。

一、工程概况

1. 基本概况

某工程项目下部一级开发首、二层（局部三层）为地铁联检库、运用库，部分下部结构于4~5年前已投入使用，施工时预留二级开发条件；其一级开发下部结构采用现浇框架剪力墙结构（2~3层，一级开发总高度16m）；二级开发上部采用装配整体式剪力墙结构（4~9层,含下部结构最大总高约43m），为解决竖向刚度突变带来的抗震不利，在上部剪力墙结构底部设置隔震层，通过隔震设计，降低上部结构的地震响应，提高整体结构的抗震性能。一级开发与二级开发通过结构隔震层进行转换。

2. 项目超限审查意见

1）、同意采用底盘顶隔震的方案并达到下列抗震性能目标∶

a). 中震、大震的设计地震动参数仍按规范规定采用;场地特征周期按内插法确定。

b). 在同时考虑双向水平和竖向地震作用下，计 入水平向减震系数，隔震垫满足大震拉应力不大于1.0MPa和2010 规范的位移限值；支承隔震垫的柱墩满足承载力大震不屈服；相关框架柱、剪力墙的承载力按中震弹性、大震不屈服复核，转换梁、转换桁架承载力按大震弹性复核。

2）、设计单位应对下列问题作必要的补充和改进∶

a). 隔震层下部转换梁、转换桁架竖向地震作用系数宜取0.3。

隔震层顶部转换梁宜按重力下不考虑共同工作的承载力复核。

b). 隔震层主楼范围内地基基础的抗震验算按本地区抗震烈度进行。

3. 项目二级开发的超限专家咨询会意见

1)、本次上部方案调整属局部调整，可不重新进行抗震设防超限专项审查，设计原则按原超限审查意见执行。

2)、隔震层以下结构执行原施工图审查时有效国家标准;隔震层及以上结构执行国家现行标准。

3)、隔震层设计应充分考虑因隔震支座偏置对转换梁的扭矩影响，并采取措施减小因转换梁刚度差异引起的隔震支座竖向变形差。

4)、住宅首层应采用现浇混凝土结构，二层及以上可采用装配式剪力墙结构。

4. 项目性能设计目标要求

由于结构采用隔震技术，为满足安全使用的要求及超限专家意见，根据项目的特点，设计制定如下的结构性能设计目标表。

二、审查依据

本项目施工图审查主要依据为抗震专项审查专家意见及二级开发的超限专家咨询会意见、《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(2016年版）、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010、《叠层橡胶支座隔震技术规程》CECS126:2001、其它国家现行规范、规程、标准、图集。

2021年9月1日后设计项目需同时依据《建筑隔震设计标准》GB/T51408-2021进行审查。

三、隔震层审查重点关注的相关问题

1. 本项目隔震支座采用铅芯橡胶支座、天然橡胶支座组成，为利于增大扭转刚度，应调整将刚度较大的铅芯橡胶支座沿外框周边布置，刚度较小的天然橡胶支座沿内部布置。按《抗规》12.2.1条隔震设计应根据预期的竖向承载力、水平向减震系数和位移控制要求，选择适当的隔震装置组成结构的隔震层来实现预定的隔震设计目标，隔震层对上部结构竖向地震作用不降低，各楼层水平剪力应满足《抗规》第5.2.5条对本地区设防烈度8度的最小地震剪力系数0.032要求。

2. 隔震层刚度中心宜与上部结构的质量中心重合，通过调整支座的等效刚度来调整偏心率，设防烈度地震作用下的偏心率不宜大于3%；隔震支座的平面布置宜调整与上部结构和下部结构中竖向受力构件的平面位置相对应；隔震支座与结构的连接件，应能传递罕遇地震作用下的最大水平剪力和弯矩。

3. 隔震层设计应充分考虑因隔震支座偏置对转换梁的扭矩影响(设平衡梁），并采取措施减小因转换梁刚度差异引起的隔震支座竖向变形差；隔震层顶部转换梁宜按重力下不考虑上部结构共同工作的承载力复核配筋。隔震支座附近的梁、柱应计算冲切和局部承压，加密箍筋并根据需要配置网状钢筋。

4. 按《抗规》第12.2.1条隔震支座应进行竖向承载力的验算和罕遇地震下水平位移的验算。同一隔震层内各个橡胶隔震支座的竖向压应力宜均匀，隔震支座在重力荷载代表值的竖向压应力不应超过《抗规》表12.2.3的规定要求；罕遇地震作用下，隔震支座不宜出现拉应力，隔震支座在罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下，拉应力不应大于1MPa（罕遇地震下支座短期极小面压）；橡胶支座在水平地震及竖向地震作用组合下支座在极限变形时（0.55D）的最大压应力不超过规范要求（罕遇地震下支座短期极大面压，如丙类建筑不超过30MPa）；在罕遇地震作用下，隔震支座的水平位移限值不应超过该支座有效直径的0.55倍和支座内部橡胶总厚度3.0倍二者的较小值。

5. 隔震结构需要进行风荷载验算。隔震层在风荷载作用下支座不应屈服，设计时应保证隔震层的屈服承载力不小于风载设计值（风载较大时，可增加铅芯橡胶支座的数量，提高隔震层总屈服剪力）。根据选用的橡胶支座特性，应满足《叠层橡胶支座隔震技术规程》（CECS126:2001）第4.3.4条规定；复核风荷载及其它非地震作用的水平荷载标准值产生的总水平力不宜超过结构总重力的10%计算（《抗规》第12.1.3-3条要求）。

6. 隔震支座应满足在设防烈度地震作用下（设隔震支座剪切应变为100%）的弹性恢复力大于抗风受剪承载力设计值（或隔震支座水平屈服荷载设计值）的1.4倍，以保证隔震支座在多次地震作用后仍具有良好的复位性能（《叠层橡胶支座隔震技术规程》（CECS126:2001）第4.3.6条规定）。

7. 结构整体抗倾覆验算时，应按罕遇地震作用下计算倾覆力矩，并按上部结构重力代表值计算抗倾覆力距，其比值不应小于1.2；抗倾覆力距计算时应考虑上部结构各层重心相对初始位置的偏移。

8. 隔震支座的性能参数及滞回曲线应经试验确定；图纸中应注明对隔震支座性能的要求，安装前应按规定进行检测，确保性能符合要求（应有产品的第三方型式检验报告及按规定进行第三方出厂检测）。隔震支座设计使用年限不低于主体结构设计使用年限，且不小于50年；隔震支座的耐火等级应满足主体结构耐火时限要求。

9. 项目隔震分析、主要计算示例：隔震计算分析应符合《抗规》第12.2章节要求；

隔震分析过程中，分别进行中震振型分解反应谱分析，中震非线性时程分析，大震非线性时程分析。采用有限元软件MIDAS2019进行隔震相关的非线性计算分析。并采用MIDAS及PKPM进行转换梁等关键构件的大震弹性验算。

1）、水平减震系数计算：按《抗规》第12.2.2条、12.2.4条、12.2.5条进行减震相关计算（选择合适的地震坡，分别对隔震结构和非隔震结构进行时程分析，对比隔震结构和非隔震结构的层间剪力和楼层倾覆力矩，计算确定减震系数）以满足上部结构水平抗震措施降低一度的隔震设计目标。

本项目B1-1楼水平减震系数计算详见以下各表：

经计算各楼水平减震系数均小于0.3，按《抗规》第12.2.5 条、第12.2.7 条要求上部结构水平地震抗震

措施可按照7 度（0.1g）进行设计，竖向地震不降低。

2）、支座极限状态验算

10. 隔震结构构造不应阻碍隔震层的正常隔震变形，隔震结构按抗规第12.1.3 条、12.2.7 条采取不阻碍隔震层在罕遇地震下发生大变形的各种措施。

11. 隔震支座上、下层的梁应考虑支座更换时的剪力等作用进行梁受力验算；设计图中注明隔震上部结构的施工需设置临时支撑，防止强风、施工荷载等引起的隔震层较大水平位移。

四、隔震层上部结构审查重点关注的相关问题

1. 隔震层上部结构抗震等级问题：项目上部结构抗震等级按高规表3.9.3中部分框支剪力墙结构类型、隔震上部结构整体装配式结构类型、建筑总高度<考虑底盘高度>综合确定上部结构底部加强区抗震等级为一级、非加强区抗震等级二级，且按抗规第12.2.7-2条考虑水平地震影响系数当不大于0.4时，按降低一度确定隔震后的上部结构底部加强区抗震等级为二级、非加强区抗震等级三级。

2. 确定项目上部结构抗震墙底部加强区范围、底部加强区计算定义问题：项目初审时计算底部加强区定义混乱，应按《抗规》第6.1.10条隔震上部结构底部加强部位从嵌固端的隔震层顶算起，底部加强部位的高度按取底部两层及总高（考虑大底盘高度）的1/10取大确定；计算时应把基础~隔震层以上底部加强部位的高度所在的层均定义为底部加强区计算，考虑底部加强区剪力放大（JGJ3-2010第7.2.6条）；隔震层顶上底部加强区有框架柱时按《抗规》6.2.3条需对柱底弯矩设计值放大，在大底盘计算模型中应进行特殊定义放大。

3. 上部结构计算模型的受力特性应与工程实际受力特性一致。审查设计计算模型提出以下问题：

（1）各上部单塔计算模型中大底盘需考虑其他楼座质量影响使大底盘动力特性与实际一致。

（2）上部结构计算模型应带下部大底盘共同计算（项目初审阶段上部非隔震计算模型未带大底盘计算）。

（3）设计初审提供的的按减震系数确定上部结构降低一度的带大底盘非隔震整体计算模型中按整体降低一度计算（即不带隔震支座整体计算模型，因计算软件无法在同一计算模型中实现隔震层上、下部结构不同地震作用，隔震下部结构也按降低一度计算地震），与实际隔震层以下结构设防烈度不降低的动力特性不符。

（4）带大底盘带隔震支座的整体化计算模型中：上部结构隔震后的水平地震影响系数最大值计算应满足抗规第12.2.5-2条要求，且隔震层以上结构的总水平地震作用不得低于非隔震结构在6度设防时的总水平地震作用。

4. 按抗规GB50011-2010第12.2.9-2条复核上部结构嵌固刚度比计算满足规范要求（即隔震层以下一层的层刚度与隔震层以上一层的刚度比应大于等于2，计算嵌固刚度比时隔震层以下结构取直接支承隔震层以上结构的相关构件），审查时有些楼嵌固刚度比计算不满足规范要求，且项目下部一级开发结构已建成，设计仅能调整上部结构布置，减小上部结构刚度，使嵌固刚度比满足规范要求，调整上部结构布置时设计应重新进行隔震设计分析、配筋复核，由此嵌固不足问题造成设计改动量较大，设计应在方案阶段调整好嵌固刚度比满足规范，避免较大修改，详见以下举例说明。

B3-2#调整前上部标准层平面图（嵌固刚度比计算小于2）

B3-2#调整后上部标准层平面图（嵌固刚度比计算大于2满足规范）

调整后X 向刚度比：4 层/6 层（住宅首层）=3.23e+8/6.69e+7=4.8>2,满足嵌固端刚度比要求。

调整后Y 向刚度比：4 层/6 层（住宅首层）=1e+8/4.58e+7=2.18>2，满足嵌固端刚度比要求。

5. 上部结构设计应按单塔计算及大底盘多塔计算包络设计。

6. 上部结构的隔震措施（上部周边竖向隔离缝、上部与下部结构间的水平隔离缝等）应满足抗规第12.2.7条要求，不阻碍隔震层在罕遇地震下发生大变形的各种措施。

五、隔震层下部结构及基础审查重点关注的相关问题

1. 隔震层下部结构抗震等级按部分框支剪力墙结构及结构总高按高规第3.9.3条确定项目底部加强区框架、剪力墙抗震等级为一级，项目有局部3层转换，其相关框支柱及剪力墙底部加强部位的抗震等级按高规第10.2.6条宜为特一级。下部结构各层均应按底部加强区设计；隔震层以下结构设计按规范、超限意见、性能化设计要求等进行设计。按《抗规》第12.2.9-2条隔震层以下的结构（包括地下室和隔震塔楼下的底盘）中直接支承隔震层以上结构的相关构件，应满足隔震后设防地震的抗震承载力要求，并按罕遇地震进行抗剪承载力验算，项目同时按超限专家意见中的相关性能化建议复核设计；隔震层以下地面以上的结构在罕遇地震下的层间位移角限值满足《抗规》表12. 2. 9要求（框剪结构不大于1/200）。裙房扭转较大的部位，应加强构造措施。

下部结构的承载力计算应考虑上部结构传递的轴力、弯矩、水平剪力及由隔震层水平变形产生的附加弯矩。

2. 审查项目“一.4条中设计结构性能设计目标表”中发现以下问题：

1）、“直接支承隔震柱墩的柱抗弯承载力满足设防地震下的性能2”说明不满足抗规第12.2.9条第2款要求，需满足隔震后设防烈度的抗震承载力，应为性能1目标要求。

2）、设计应补充隔震支座与上、下支墩连接件性能要求。

3）、性能表中基础桩、承台“满足上部结构隔震后多遇地震的承载力和变形要求”说明有误，应改为隔震建筑地基基础的抗震验算仍应按本地区抗震设防烈度进行（《抗规》第12.2.9-3条）。

4）、因项目局部转换层位于3层，性能表中隔震层下部相关底部加强区剪力墙、框支柱抗震等级宜为特一级。

3. 上部结构开发时，因下部一级开发部分结构已建成，二级开发结构时，遵照超限审查意见及上部结构改动对已建成下部结构的受力、配筋进行计算复核及必要的加固，下部结构需进行后续使用年限50年的加固设计。

随着《建筑隔震设计标准》GB/T51408-2021从2021年9月1日正式实施，新标准中隔震设计要求相比原隔震设计规范要求变化大，如标准第3.1.3条“在设防地震作用下，应进行结构以及隔震层的承载力和变形验算；在罕遇地震作用下，应进行结构以及隔震层的变形验算，并应对隔震层的承载力进行验算；在极罕遇地震作用下，对特殊设防类建筑尚应进行结构及隔震层的变形验算”。新隔震结构项目需按《建筑隔震设计标准》GB/T51408-2021进行中震、大震、极大震设计及审查。

七、小结

本文就大底盘隔震结构施工图审查关注的相关问题进行总结说明，供设计、审查参考。在工程采用隔震技术可直接减少输入上部结构的水平地震能量，减轻地震灾害，采用隔震技术使结构抗震性能大幅提高，且能较好的满足抗震性能目标（超限目标），并可满足特殊使用功能的要求。随着社会发展，大底盘隔震设计会更广泛应用于工程中。

主要参考资料

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