前言

隔震技术是有别于传统抗震方法的革新性结构抗震技术之一，它的出现和不断完善为工程抗震减灾提供了新的手段。已建成的隔震结构在国内外多次地震中经受了考验，表现出良好的减震效果。近10年来，隔震技术在云南高烈度区得到了较大规模的应用。

1、工程概括

本工程位于云南省普洱市，地上10层，地下2层，总建筑面积15787m2，建筑高度35m。地下负2层为地下车库，地下负1层至地上5层为商业，地上5层以上为公寓，隔震层设置在-1.800m~±0.000m之间。地上1~5层平面尺寸为54.9m×31.7m，5层以上平面尺寸为25.3m×24.3m。采用现浇钢筋混凝土框架，结构平面典型柱网尺寸为8.4m×8.4m、8.4m×9.5m。结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度为8度（0.20g），设计地震分组为第三组，场地类别II类，场地特征周期为0.45s。建筑物抗震设防类别为标准设防类。建筑效果图及立面图见图1，图2。

为提高建筑物的抗震性能，减小上部结构地震响应，对该建筑采用隔震技术进行设计。                           

图1效果图

图2立面图

2、隔震支座布置

本工程采用的橡胶隔震支座，在选择其直径、个数和平面布置时，主要考虑了以下因素：

1）根据《抗规》12.2.3条，同一隔震层内各个橡胶隔震支座的竖向压应力宜均匀，竖向平均应力不应超过丙类建筑的限值15Mpa。

2）在罕遇地震作用下，隔震支座不宜出现拉应力，当少数隔震支座出现拉应力时，其拉应力不应大于1.0MPa。

3）在罕遇地震作用下，隔震支座的水平位移应小于其有效直径的0.55倍和各橡胶层总厚度3倍二者的较小值[1]。

本工程共使用了52个支座，各类型支座数量及力学性能详见表1。隔震支座平面布置见图3。隔震结构屈重比为0.019。

日本规范明确规定隔震层在两个主轴方向的偏心率应小于3%[2]。我国规范对隔震层偏心问题仅有定性的规定，并未对隔震层偏心率提出具体指标。随着隔震层质心与其刚度中心距离变大，隔震支座位移将变大，上部结构扭转效应也会变大，尤其是对于角部支座及上部结构角部的位移和扭转效应可能会有较大影响。本工程设计时对隔震层偏心率进行了计算和控制，其中隔震层偏心率X向为2.57%，Y向为0.01%，均小于3%。

隔震层所受风荷载产生的水平剪力为 1344kN，远小于结构总重量18920 吨的10%，故结构不再单独设置抗风装置，隔震层有足够的屈服前刚度和屈服承载力满足抵抗风荷载作用要求。

图3 隔震支座布置、编号及质心、刚心图

3、设防地震（中震）分析

本工程使用ETABS建立隔震与非隔震结构模型，并进行计算与分析。ETABS软件具有方便灵活的建模功能和强大的线性和非线性动力分析功能，其中连接单元能够准确模拟橡胶隔震支座。利用ritz向量法分别对隔震与非隔震模型进行特征值分析，隔震结构与非隔震结构的周期对比见表2，由表2可知采用隔震技术后，结构的周期明显延长，且X、 Y 两个方向基本周期差值为较小，满足《叠层橡胶支座隔震技术规程》相关规定。

3.1 时程曲线选取

本工程采用时程分析法进行隔震结构计算分析，并选取了5条实际强震记录和2条人工模拟的加速度时程曲线（图4所示），7条时程曲线满足建筑抗震设计的相关要求如特征周期、加速度峰值、持时等。其中，人工波按II类场地第3组(0.45s)合成，自然波均取自II类场地上的实际记录。图5给出了7条时程曲线及平均值拟合反应谱与规范反应谱对比的结果。

图4 加速度时程曲线

图5 时程反应谱与规范反应谱曲线对比

3.2 减震系数计算

水平向减震系数β反应了隔震建筑上部结构地震作用的降低程度，能否降低结构设计的抗震措施也与该指标有关，减震系数按下列原则确定：

（1）多层建筑：按弹性计算所得的隔震与非隔震各层间剪力的最大比值

（2）高层建筑：应计算隔震与非隔震各层倾覆力矩的最大比值，并与层间剪力的最大比值相比较，取二者较大值。

图6 非隔震结构与隔震结构X向层间剪力对比

图7 非隔震结构与隔震结构Y向层间剪力对比

图8 层间剪力比

图9 非隔震结构与隔震结构X向层倾覆力矩对比

图10 非隔震结构与隔震结构Y向层倾覆力矩对比

图11 层倾覆力矩比值

本工程采用FNA法，对隔震结构和非隔震结构输入地震波，进行时程分析。对比隔震前后地震响应可以看出，隔震后上部结构的最大楼层剪力只相当于非隔震结构的30%左右，其中上部结构层间剪力比最大值为0.388，层倾覆力矩比最大值为0.352.计算得到隔震后水平地震影响系数最大值为0.073，隔震后上部结构的水平地震作用大致与7度（0.1g）相当。非隔震结构与隔震结构层间剪力、层倾覆力矩及层间剪力与层倾覆力矩比值见图6～图11。

4、罕遇地震分析

4.1罕遇地震作用下支座位移验算

隔震结构通过橡胶支座的大变形耗散地震能量，从而提高了上部结构的抗震性能。各橡胶支座在罕遇地震作用下最大位移X，Y向分别为301，299mm（见图12），小于0.55D=330mm（D为最小隔震支座直径，本工程采用隔震支座最小直径为600mm）及3Tr=330mm（Tr为最小隔震支座的橡胶层总厚度）中的较小值，满足要求。

图12  罕遇地震下各支座位移

4.2 罕遇地震作用下支座拉、压应力验算

罕遇地震作用下支座应力值见图13、14，其中压应力为负，拉应力为正。支座受拉后内部有损伤，降低了支座的弹性性能，且支座受拉意味着上部结构存在倾覆危险。支座应力统计是整个时程分析过程中出现的应力最大值，所有支座的拉应力或压应力最大值不会出现在同一时刻。当结构向上运动时，支座同时出现拉应力且达到最大值的可能性很小。同理，当结构向下运动时，支座同时出现压应力最大值的的可能性也很小，因此能保证支座在罕遇地震下的稳定性。在罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下，支座压应力不应大于30MPa，拉应力不应大于1MPa。本工程最大压应力为22.66 MPa，最大拉应力为0.84MPa，满足规范要求。

图13 罕遇地震下各支座压应力

图14 罕遇地震下各支座拉应力

5、隔震构造要求

隔震建筑在地震时会发生较大的水平位移，本工程为保证隔震层在罕遇地震下具有发生较大变形的能力，设计时采取了如下措施：

（1）上部结构的周边设置竖向隔离缝，缝宽取为400mm。

（2）上部结构与下部结构之间，设置完全贯通的水平隔离缝，缝高取20mm，并用柔性材料填充。

（3）隔震沟与雨水沟分开，采用水平隔离缝或雨水沟沟盖板斜口滑移做法与隔震支座构造处理。

（5）隔震层设备管线连接应采用柔性接头，并留够一定的变形能力。

6、结论

（1）在8度(0.2g)设防区的高层框架结构，采用隔震技术可有效减小结构的构件截面尺寸，满足建筑功能需求，且提高了建筑的抗震性能。

（2）为了尽量减少扭转效应对结构的影响，布置隔震支座时，应尽量使隔震层的刚度中心和上部结构的总质量中心重合。

（3）隔震层应有足够的水平刚度，以满足抵抗风荷载作用要求，同时应保证在地震作用下具有良好的复位性能，罕遇地震作用下的水平位移不应过大，超出支座的水平变形能力。

（4）为保证隔震结构在地震作用下位移不受限制，设计时采取了设置竖向隔离缝、水平隔离缝、电梯下挂等构造措施。