腾冲市中医医院门诊楼采用隔震技术的响应分析

李波生 汪小锋

摘要： 采用隔震技术可以有效地减小上部结构水平地震作用效应，减轻结构和非结构构件的地震破坏，提高建筑物及内部设施和人员在地震中的安全性。为了研究结构设置叠层橡胶隔震支座后的隔震效果，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，对结构在隔震前后的地震反应进行对比分析。结果表明：采用隔震技术后，结构的地震反应明显减弱，取得较好的隔震效果。为隔震技术在以后的工程实际中的应用提供一定的参考价值。

Abstract： Adopting isolation technology can effectively reduce the earthquake effect of the upper structure level， reduce the earthquake damage of structure and non structure components， improve the building and internal facilities and personnel security in the earthquake. In order to study the isolation effect after setting up laminated rubber isolation bearings on the structure， this project uses a large finite element software Etabs to build seismic Isolation and non isolation structure model， and compares the seismic response of the structure before and after the seismic Isolation. Results show that after using isolation technology， the seismic response of the structure decreased significantly， and obtained good effect of seismic isolation. This can provide certain reference for the application of seismic isolation technology in the engineering practice in the future.

关键词： 橡胶隔震支座；时程分析；减震效果；高烈度设防

Key words： rubber isolation bearing；time history analysis；damping effect；high-amplitude fortification

中图分类号：TU352.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）09-0089-03

0 引言

减震控制结构经过多年以来的发展已经日趋成熟，其应用形式也越来越多。其中结构隔震因其卓越的减震效果和良好的经济性备受关注。隔震结构是指在建筑物上部结构与基础之间设置隔震层，以延长整个结构体系的自振周期、增大阻尼、减小输入上部结构的地震作用，达到预期的防震要求[1]。使用最多的结构隔震形式是橡胶垫隔震和摩擦滑移隔震两种形式[2]。

当地震发生时，若采用的是传统的抗震结构，由于该结构基础固定，一旦地震出现其上部结构会产生弯曲或剪切变形，此时层间位移相对较大，但若采用的是隔震结构，由于其基础与上部结构之间设置了隔震支座，一旦地震发生出现位移的是隔震支座，此时其上部结构基本是平动，层间位移较小，此时其上部结构的加速度响应要远远小于传统抗震结构，提高了结构构件和内部设施的安全性。

1 工程概况

根据云南省住建、发改、财政、工信、地震、教育、科技、卫生、地税九部门《关于进一步加快推进我省减隔震技术发展与应用工作的通知》（云建震〔2012〕131号）文件精神及要求，腾冲市中医医院整体迁建项目业务用房名医馆、住院楼及门诊医技楼均采用了橡胶隔震技术，该技术为腾冲市公共类建筑设计首次使用，其中门诊医技楼采用了扇形的不规则外观设计，以下以门诊医技楼为例介绍该院迁建项目采用隔震技术的响应分析研究。腾冲市中医医院门诊楼，采用钢筋混凝土框架结构，楼层数5层（不含隔震层），建筑结构高度21.6m，宽37.9m，高宽比0.6。抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度峰值為0.2g，设计地震分组第三组，II类场地，场地特征周期0.45s。属于重点设防类，乙类建筑。标准层结构平面布置图见图1。

2 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应≧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必须≧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必须≧振型分解反应谱法计算结果的80%。本工程选取了实际5条强震记录和2条人工模拟加速度时程，7条时程曲线如图2所示，7条时程反应谱和规范反应谱曲线如图3所示，基底剪力对比结果如表1所示。

由图3可知，各时程平均反应谱与规范反应谱较接近。

《抗规》规定：输入的地震加速度时程曲线的有效持续时间，一般从首次达到该时程曲线最大峰值的10%那一刻算起，到最后一点达到最大峰值的10%为止；无论是人工模拟波形还是实际的强震记录，通常有效持续时间是结构基本周期的（5～10）倍。

《抗规》规定：多组时程波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比，在对应于结构主要振型的周期点上相差不大于20%。

经计算，均能满足规定。

3 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，应考虑以下因素：

①相关规范标准指出，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最好保证隔震支座在罕遇地震作用下不出现拉应力，即使当少数隔震支座出现拉应力时，其拉应力也不应大于1MPa。通过计算最大拉应力0.14MPa，满足要求。

③在罕遇地震作用下，隔震支座的最大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。通过计算隔震层最大位移为159mm，满足要求，并可见结构的变形主要集中在隔震层，通过隔震支座的变形隔离地震能量，使输入上部结构的地震能量大大减少，保护了结构及室内设施、设备、人员的安全。

本工程共使用了59个支座，各类型支座数量及力学性能详见表2和表3。隔震结构屈重比为0.019。

4 隔震前后地震反应比分析

① 结构周期对比。隔震前后周期比较见表4。

由表4可知，采用隔震技术后，结构的周期明显延长。根据反应谱理论，隔震后周期延长，相应的加速度反应谱值远小于隔震前，即地震作用减小。

②层间剪力对比。3组地震波隔震前后X向和Y向层间剪力对比见图4。

由图4可看出，设置隔震支座后，结构的层间剪力大大减小，由表5可以看出，隔震后结构层间剪力减小幅度在60%～90%之间，减震效果明显。

③层间位移对比。3组地震波隔震前后X向和Y向层间位移对比见图5。

由图5可以看出，隔震后结构层间位移明显小于隔震前，各楼层的层间位移相对较小，结构振动形态趋于整体平动。这表明橡胶支座隔震层充分发挥了自身的作用，达到了减震目的，明显减轻了上结构的地震反应。

5 结论

1）与隔震前相比，采用隔震技术后，结构的周期延长了2-3倍，那么相应的加速度反应谱值也会降低，进而使得上部结构地震作用减小。

2）与隔震前相比，隔震后结构层间位移减少，整体来讲结构振动形态趋于平稳。由于随着层间位移的减小，上结构的地震反应会降低，如此可有效降低地震可能造成的损失。

3）隔震后结构层间剪力明显减小，可以依照《建筑抗震设计规范》的规定，根据隔震与非隔震的层间剪力比，确定水平地震减震系数。进行上部结构设计时，相应地降低上部结构的水平地震作用，进而减小结构构件的截面，达到降低工程造价的目的。

致謝：

本文撰写过程中得到了云南震安减震科技股份有限公司设计部的大力支持，特表感谢！

参考文献：

[1]潘忠炜，李静，周海涛，金波.隔震技术在某木结构古建筑改造中的应用研究[J].建筑结构，2013-12-10.

[2]文佳，魏世宏，朱浪涛.隔震技术原理及存在问题分析[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2007，9（12）：29-30.

[3]崔京浩.基础隔震结构设计及施工指南[M].中国水利水电出版社，2007.

[4]苏斌，晏音，曾志攀，卢伟煌.四川彭州人民医院病房综合楼基础隔震结构设计[J].福建建筑，2011-02-01.