【摘要】对某框架剪力墙医院采用隔震技术进行计算分析。该建筑位于发震断层10km以内，设防烈度9度。计算分析表明，隔震后水平地震影响系数由原来的0.395降到了0.22，有效减小了上部结构的水平地震作用，为类似工程提供了一定的参考作用。
【关键词】框架-剪力墙结构；发震断层；隔震；非线性时程分析。
1 工程概况
1.1 基本信息
本工程位于四川省某州，抗震设防烈度9度，设计基本地震加速度峰值为0.4g，设计地震分组第三组，II类场地， 场地特征周期0.45s。采用框架-剪力墙结构形式，地上为6层，地下1层。建筑结构高度23.08m，宽47.9m，高宽比0.48。属于重点设防类，乙类建筑。
1.2基本设计指标
抗震设防烈度9度；设计地震分组第三组； 场地类别II类； 场地特征周期：小震和中震取0.45s，罕遇地震取0.5s。 本工程设计基准期为50年，根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，地震参数按9度取值：
.png)
隔震性能目标：罕遇地震下支座拉应力不大于1MPa，支座压应力不大于30MPa，长期荷载下的支座压应力不大于12MPa。
1.3 构件的基本计算信息
.png)
2. YJK模型建立
本工程使用大型有限元软件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。本结构模型依据PKPM建模得到。三维模型如图1。
.png)
图1
3 地震动输入
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010，以下简称《抗规》）5.1.2条规定：采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程，其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3，多组时程的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。弹性时程分析时，每条时程计算的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱计算结果的65%，多条时程计算的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。
地震波的特性包括三要素：振幅－地震波峰值；频谱特性－谱形状、峰值、卓越周期等因素；持时－地震波能量。
振幅选择，加速度峰值与设防烈度对应；频谱特性，考虑场地“卓越周期”和“震中距”；持时，包含峰值、弹性、弹塑性一般为T的5～10倍。
本工程地震波采用三向波输入，选取了实际5条强震记录和2条人工模拟加速度时程，226、649、ACC3、ACC9、451、REN11、REN4共7组三向地震波。其中REN1、REN4为人工波，226、649、ACC3、ACC9、451为天然波。各地震波包括水平向地震波：XX-1（主向波）、XX-2（次向波）和XX-3（竖向地震波）。时程曲线示例如图2所示，基底剪力对比结果如表4所示。
.png)
4 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乙类建筑的限值12Mpa。
（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1MPa。
（3）在罕遇地震作用下,隔震支座在罕遇地震下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。
本工程共使用了60个隔震支座，平面布置见图（LRB表示铅芯隔震支座；LNR表示天然橡胶隔震支座）。
.png)
5 隔震层偏心率
隔震层偏心率是隔震结构计算的重要指标，结构的质心坐标、刚心坐标、偏心率等值见表8。偏心率小于3％，结构的偏心影响很小，避免了扭转效应，符合规范。
.png)
6 设防地震（中震）分析
8.1 隔震与非隔震周期对比：设防地震（中震）作用下，隔震结构与非隔震结构的周期对比见表10，《叠层橡胶支座隔震技术规程》规定：隔震房屋两个方向的基本周期相差不宜超过较小值的30%。
隔震前前三阶周期分别为0.737s、0.675s、0.654s，采用隔震技术后前三阶周期分别为2.606s、2.594s、2.385s，结构的周期明显延长，前两阶周期差值0.46% ，满足相关规定要求。5.1 求取减震系数
8.2 减震系数求取
中震下减震系数计算时，分别对非隔震模型及隔震模型输入单向地震波（加速度幅值：400×1.5=600），进行时程分析，其中，非隔震模型进行线性时程分析，对隔震模型进行非线性时程分析，进行层剪力进行对比得到减震系数，用于判断地震作用及构造措施降低的标准。
由非隔震与隔震结构层间剪力及层间剪力比（包络取值）得到隔震结构的水平向减震系数为0.296，根据《抗规》第12.2.5条，确定隔震后水平地震影响系数最大值αmax1＝βαmax/ψ=0.296*0.395/0.85=0.1376，还需考虑1.5倍近场地震影响系数，所以上部结构计算所采用的水平地震影响系数最大值αmax=0.1376*1.5=0.206，实际取值0.22。
7 罕遇地震（大震）分析
罕遇地震下分析计算采用7组地震波进行三向输入非线性时程分析。其中，“X主向，Y次向”代表地震波输入时三向加速度幅值比值为X:Y:Z=1:0.85:0.65，“Y主向，X次向”代表地震波输入时三向加速度幅值比值为X:Y:Z=0.85:1.0:0.65，并考虑近场系数1.5。
罕遇地震下隔震层计算采用的荷载组合： 1.0×恒荷载＋0.5×活荷载＋1.0×水平地震；其荷载组合为： 1.0D+0.5L+1.0Fek。
根据 《建筑抗震设计规范》12.2.9条规定：隔震层的支墩、支柱及相连构件，满足罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩的承载力要求；隔震层以下的地下室，满足嵌固刚度比和隔震后设防地震的抗震承载力要求，并满足罕遇地震下的抗剪承载力要求。罕遇地震下验算隔震层的位移，同时得到轴力、剪力用于支墩设计。
《建筑抗震设计规范》12.2.4条规定：隔震橡胶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1.0Mpa。
《建筑抗震设计规范》12.2.3条条文说明规定：在罕遇地震作用下支座需满足竖向压应力不大于30MPa。
隔震层在罕遇地震下最大位移为590.7mm，小于0.55D=605mm（D为最小隔震支座直径，本工程采用隔震支座最小直径为1100mm）及3Tr=612mm（Tr为最小隔震支座的橡胶层总厚度为204mm），满足要求。
8罕遇地震下隔震层各支座最大拉应力
《建筑抗震设计规范》12.2.4条规定：隔震橡胶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1.0MPa。隔震支座拉应力验算采用的荷载组合为：1.0×恒荷载+0.5×活荷载+1.0×水平地震-0.5×竖向地震、1.0×恒荷载+0.5×活荷载+0.5×水平地震-1.0×竖向地震，竖向地震本工程取0.4倍重力荷载代表值，其荷载组合为：0.8D+0.4L+1.0Fek、0.6D+0.3L+0.5Fek。
经计算分析得到罕遇地震下各隔震支座在两种荷载组合下承受的最大拉应力。拉应力大于1MPa的有3个，分别是1.76MPa（支座1）、1.25MPa（支座15）、1.22MPa（支座60）。为满足隔震支座拉应力的规范限值要求，拉应力大于1MPa的3个隔震支座额外采用双向活动支座抗拉装置（型号：KLQZ-9000-SX，抗拉力1200kN）。
抗拉装置采用十字交叉梁之间接触受力，其刚度主要来源于交叉梁抗弯刚度串联形成，由于在隔震层产生水平位移的过程中，接触点不同，交叉梁的抗弯刚度亦不相同，串联形成的弹簧刚度呈时变状态，因此为简化计算，根据接触点不同，确定交叉梁变形最大和最小状态时的刚度，取其均值参与计算分析，采用钩单元（Hook单元）进行模拟，抗拉装置设计参数：计算刚度取1200KN/mm，初始间隙为10mm。
.png)
9 罕遇地震下隔震层各支座最大压应力
《建筑抗震设计规范》12.2.3条条文说明指出：在罕遇地震作用下支座需满足竖向压应力不大于30MPa。隔震支座压应力验算采用的荷载组合为：1.0×恒荷载+0.5×活荷载+1.0×水平地震+0.5×竖向地震、1.0×恒荷载+0.5×活荷载+0.5×水平地震+1.0×竖向地震，竖向地震本工程取0.4倍重力荷载代表值，其荷载组合为：1.2D+0.6L+1.0Fek、1.4D+0.7L+0.5Fek。
经计算分析罕遇地震下各隔震支座在两种荷载组合下承受的最大压应力均小于30MPa限值。
10 地下室计算、基础的受力计算及构造措施
地下室按照隔震结构大震下轴力和隔震支座位移产生的柱顶弯矩、大震隔震支座剪力、轴力计算。按照恒荷载分别单向正（负）输入pkpm模型中进行整体“静力”计算（恒荷载组合系数及分项系数均改为1.0，两个方向分别计算取包络。
依据规范《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）12.2.9条和《叠层橡胶支座隔震技术规程》(CECS 126:2001) 4.5.1条规定，隔震层以下结构（包括支墩，柱，墙体，地下室等）的地震作用和抗震验算，应按罕遇地震作用下隔震支座底部的水平剪力、竖向力及其偏心距进行验算；隔震建筑地基基础的抗震验算和地基处理仍应按本地区抗震设防烈度进行。
隔震构造措施的具体做法参考图集《变形缝建筑构造》（14J936 ）和《建筑结构隔震构造详图》（03SG610-1）。
11结论
（1）抗震设防烈度9度，设计基本地震加速度峰值为0.4g，设计地震分组第三组，II类场地， 场地特征周期0.45s。采用框架-剪力墙结构形式，地上为6层，地下1层。乙类建筑，使用隔震技术。隔震后水平地震影响系数最大值αmax1＝βαmax/ψ=0.296*0.395/0.85=0.1376，还需考虑1.5倍近场地震影响系数，所以上部结构计算所采用的水平地震影响系数最大值αmax=0.1376*1.5=0.206，取值0.22。
（2）长期荷载下支座面压7.63Mpa<12MPa，满足要求。
（3）隔震支座瞬时最大拉应力为0.82MPa<1Mpa，瞬时压应力最大值15.62MPa<30Mpa，满足规范要求。
（4）本工程隔震层在大震下的最大水平位移为590.7mm，小于0.55D=605mm及3Tr=612mm，满足要求。
（5）构造要求：隔震层最大水平位移590.7mm，故竖向隔震缝设为600mm。水平隔震缝设为50mm。
参考文献
（1）《叠层橡胶支座隔震技术规程》（CECS126:2001）。
（2）《建筑隔震橡胶支座》（JG118-2000）。
（3）《橡胶支座 第1部分：隔震橡胶支座试验方法》（GB-T20688.1-2007）。
（4）《橡胶支座 第3部分：建筑隔震橡胶支座》（GB-T20688.3-2006）。
（5）党育 杜永峰 李慧编著. 基础隔震结构设计及施工指南. 中国水利水电出版社, 2005。
（6）日本建筑学会，刘文光译. 隔震结构设计. 地震出版社，2006 。
（7）R.I.Skinner, W.H.Robinson, G.H.Mcverry著，谢礼立等译. 工程隔震概论. 地震出版社，1996 。