高层建筑隔震分析

(广州大学 广东 广州 510006)

引言

隔震技术是在上部结构和下部结构之间设置隔震层，其中隔震层的刚度远小于原结构的刚度，隔震建筑是通过延长建筑的自振周期，远离地震动卓越周期，并通过上部和下部之间产生较大的位移，以降低上部结构的响应，提高建筑的安全性能。

本文通过ETABS通用有限元结构分析软件对一高层框剪结构进行隔震分析，对比分析结构的隔震前后效果，为了方便文中将原结构模型成为原结构，隔震建筑称为隔震结构

一、工程概况

本工程为钢筋混凝土框剪结构，建筑结构为丙类；建筑设防烈度为八度，场地类别为Ⅱ类，基本地震加速度为0.2g,设计地震分组为二组，场地特征周期为0.35g;场地类别为Ⅱ类，风荷载体形系数为1.3，基本风压为0.44KN/,隔震层上部结构为93.2m，按照现行《建筑抗震设计规范》进行隔震设计

二、隔震结构模型

本隔震建筑在基础和上部之间设置隔震层，隔震层层高为2.1m,其中隔震支座采用铅芯隔震支座和橡胶隔震支座，隔震支座布置偏心率<3%以及铅芯屈服力要满足抗风的要求，支座在重力荷载代表值作用下小于丙类建筑压应力限制15Mpa；同时在罕遇地震作用下，隔震支座的水平位移小于支座有效直径的0.55倍与支座内橡胶厚度3倍中二者的最大值，同时罕遇地震下支座的抗拉面压小于1Mpa。

三、计算结果的比较与讨论

采用时程分析时，按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强地震波和人工模拟的加速度时程曲线分析，按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)要求不应少于三条地震波，与规范地震影响系数在统计意义上相符的强地震4条，下图给出七条地震波与规范反应谱的对比。本文选取一条天然地震波进行时程分析，对比分析X方向的减震效果，对比分析如下：

7条地震波与反应谱的对比

(一)自振周期。本工程在未设置隔震支座前，结构的自振周期约为2.555S，利用ETABS进行隔震设计，隔震支座连接单元用Isolate模拟，隔震支座以变形100%的等效刚度进行模态分析，对应的自振周期为4.968S，约为原结构的2倍。

(二)楼层剪力、基底弯矩。下图表是楼层剪力的对比和降幅，从表中可以看出，隔震结构的X方向的基底剪力小于原结构的基底剪力，约为原结构的35%～40%，降幅约为1.6～1.8，这表明设置隔震支座可以抵消地震能量传到上部结构，从而减少地震对建筑的破坏。

楼层剪力

(三)位移响应。下图是原结构和隔震结构的侧向位移以及层间位移角的对比，可以得出隔震结构层间位移角的降幅比较明显，在侧向位移方面，隔震结构侧向位移比原结构要大，层间位移主要集中在隔震层上，但隔震结构上部平动效果明显，且隔震结构的上部结构层间位移角降幅明显，这表明设置隔震支座可以显著降低结构的层间位移角，能有效降低地震对建筑结构的破坏

侧向位移

X向层间位移角

四、结论

1、设置隔震支座后隔震结构的自振周期延长至原结构的2.1倍。

2、隔震建筑的上部结构的地震响应比抗震结构能有效的降低。

设置隔震支座后，隔震建筑能有效的满足建筑的经济性、有效性和可靠性，采取隔震技术上部结构设计比较合理，一般可以节约3%～20的成本,可以达到建筑的设防目标。