某多层框架办公楼基础隔震改造设计

卓宏博 屈俊童 吴少波

摘 要：本文主要介绍了云南省某多层框架结构办公楼的抗震加固改造设计方案，采用Etabs9.0对三维结构模型进行时程分析，通过对比，分析了非隔震结构与采用基础隔震结构的地震反应。结果表明，采用基础隔震加固改造设计，可以有效提高结构的抗震性能。在抗震设防烈度发生改变的地区，对老旧建筑采用基础隔震进行抗震加固改造，可以满足现阶段的抗震设防目标，具有良好的经济效益和社会效益。

关键词：基础隔震；隔震加固；时程分析

Abstract：This paper introduced a reinforcement and reconstruction design of a frame structure in Yunnan province. In this project， Etabs 9.0 was used for the time-history analyses of the 3D structure model. Comparing the non isolated structure and the isolated structure， the earthquake response of were analysed. The results show that， the seismic isolation technology can effectively improve the seismic performance of structures. The old buildings in the area where the？seismic fortification intensity was changed can satisfy the seismic fortification goal at the present stage by using the base isolation？retrofitting. And Isolation retrofitting of buildings is safety and economy.

Keywords： base isolation retrofitting， Isolation reinforcement， time-history analyses

引言

自上世纪50年代李善邦主持编制了我国第一代地震烈度区划图以来，我国的地震设防烈度区划图分别经历了1977、1992、2001、2010共五次修改。为适应抗震设防的发展要求，某一地区的抗震设防烈度会有相应的变化。如2008年汶川地震后，汶川地区的抗震设防烈度由原来的7度提高为8度。地震设防烈度的变化，导致大量老旧房屋的抗震设防标准不能满足现行规范的要求。因此，此类建筑亟需进行抗震加固，以满足正常使用的要求。

对于抗震构造不能满足现行规范要求的建筑，若采用传统加固方法，提高结构的整体刚度和承载力，成本高，工程量比较大，还会影响建筑的正常使用功能。

隔震加固技术是建筑物抗震加固改造中的一种新技术，国内外已经有许多应用。采用基础隔震技术对建筑结构进行加固改造，是在建筑物基础部分增设隔震层，延长结构的自振周期，减轻地震荷载作用对上部结构的影响，显著提高结构的抗震承载能力[5]。本文研究了昆明地区一幢8层框架结构采用基础隔震技术进行抗震加固改造设计方案，结果表明，采用基础隔震加固方案，能够充分利用原结构的抗震承载力，减少抗震加固改造工程的工程量，并且加固过程中不影响上部结构的正常使用。

1.工程概况

本工程位于位于云南省昆明市，建筑面积约6800m2。该办公楼为钢筋混凝土框架结构，地上8层，局部九层，总高度34.2m。该建筑由三部分组成，中间部分3跨9层主楼，两侧各有6跨8层辅楼，主楼与辅楼之间设有从基础断开的防震缝。办公楼实景如图1所示。

该建筑建造于1989年11月份，原设计采用TJ74抗震设计规范，进行7度设防，设计基本地震加速度峰值为0.1g。现阶段昆明地区抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度峰值为0.2g。该建筑所处地区为二类场地，设计地震分组第三组，场地特征周期0.45s。因此该建筑的实际抗震设防设计标准已经较现行规范要求有较大的差距，需要进行抗震加固改造才能继续使用，经综合考虑，采用基础隔震技术对该工程进行抗震加固改造。

2.抗震加固改造设计方案

原建筑采用柱下条形基础，基础埋深为3.0m，设有地基梁，无地下室。综合考虑不影响上部办公楼的正常使用，将隔震层设置在房屋地基梁与基础之间，即采用基础隔震加固。

为保证隔震层具有足够的刚度，文献[1]规定，隔震支座的相关部位应采用现浇混凝土梁板结构，现浇板厚度不应小于160mm。本工程在原结构±0.000处，即地基梁处通过植筋，浇筑160mm厚混凝土现浇板，以提高隔震层整体刚度。原结构主楼与辅楼之间设有两条抗震缝，抗震缝自基础断开。为保证隔震结构的整体性，在1/6～7轴、1/10～11轴间，采用植筋的方式，自基礎底部，在每层各个对应构件之间增设框架梁、现浇板，使整个结构连成一个整体。

文献[1]规定，隔震支座应设置在受力较大的位置，间距不宜过大，隔震支座的规格、数量和分布应根据竖向承载力、侧向刚度和阻尼比的要求通过计算确定。

本工程采用LRB600、LNR600两种型号橡胶隔振支座。隔震支座性能参数见表1。

在布置隔震支座时，保证橡胶隔震支座在重力荷载代表值的竖向压应力不应超过12MPa，并且罕遇地震作用下，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[1][2]。通过两种隔震支座的布置，使得隔震层刚心与结构质心相重合。本工程隔震支座平面布置方案如图2所示。

3.抗震性能分析

3.1计算模型

本工程使用大型有限元软件ETABS9.0建立隔震与非隔震结构模型，并进行计算与分析，隔震结构模型见图3。ETABS9.0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，橡胶隔震支座采用Rubber Isolator非线性单元模拟。

3.2地震波选取

根据文献[1]的规定：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。

本工程选取了实际2条强震记录El cenrto波，Taft波和1条人工波。小震水平地震波加速度幅值調至0.07g，中震水平地震波加速度幅值调至0.2g，中震水平地震波加速度幅值调至0.4g[1]。

计算结果表明，每条时程曲线计算的结构底部剪力不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小于振型分解反应谱法计算结果的80%，满足规范要求。

3.3隔震效果分析

3.3.1结构基本动力特性

隔震模型中，一阶振型以隔震层沿X方向平动为主，周期由1.080s延长至2.217s；二阶振型以隔震层沿Y方向平动为主，周期由1.035s延长至2.160s；三阶振型以隔震层沿Z轴扭转为主。

3.3.2多遇地震分析

图3中为隔震前后，结构在多遇地震下的最大层间剪力对比。由表中可见，在采用基础隔震加固之后，该结构在多遇地震下，最大层间剪力减小至原结构的40%以下，见表2。

3.3.3罕遇地震分析

罕遇地震下，隔震支座的最大水平位移应小于0.55倍橡胶外径和3倍橡胶总厚度[1]。本工程中所采用的橡胶隔震支座LRB600、LNR600的橡胶外径为600mm，内部橡胶总厚度为110mm。由表2知隔震支座罕遇地震下最大水平位移为155mm，小于水平位移的限值330mm。

4.结语

本文在相关加固改造研究成果的基础上，介绍了某老建筑的隔震加固改造设计，采用基础隔震加固方案。通过计算分析，可以得到以下结论：

（1）采用基础隔震加固改造设计方案，加固施工工期较短，对原结构的正常使用影响较小，具有明显的经济效益和社会效益。

（2）采用基础隔震加固改造设计方案，可以有效减轻上部结构的地震作用，原结构不需处理或者仅作简单处理，就可以满足抗震设防烈度提高一度的要求，达到抗震加固的目的。对于类似抗震设防要求不能满足现行规范的老旧建筑的加固改造工程，具有一定借鉴意义。

参考文献

[1] GB50011-2010.建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010

[2] GB50223-2008.建筑抗震设防分类标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2008

[3] 潘鹏、曹海韵、齐玉军、潘振华、叶列平、赵世春、徐亚军.底部薄弱层结构的柱顶隔震加固改造设计[J].工程抗震与加固改造，2009.12

[4] 操礼林、李爱群、郭彤、卫龙武、刘康安.中小学砌体结构校舍的隔震加固技术研究[J].防灾减灾工程学报，2011.6

[5] 魏陆顺、刘文光、周福霖、林佳.一座空旷砖混厂房结构的隔震加固[J].世界地震工程，2003.9