本文摘要：摘要：結合某度設防、近斷層且體型復雜的高層醫(yī)院建筑結構隔震設計實例，研究隔震技術對強地震輸入、特別不規(guī)則和高預期抗震性能目標的復雜高層建筑結構中的適應性及對應措施，提出發(fā)揮不同隔震器件或裝置性能特點的組合隔震技術方法，結果表明組合隔震可減小隔震橡膠
摘要：結合某度設防、近斷層且體型復雜的高層醫(yī)院建筑結構隔震設計實例，研究隔震技術對強地震輸入、特別不規(guī)則和高預期抗震性能目標的復雜高層建筑結構中的適應性及對應措施，提出發(fā)揮不同隔震器件或裝置性能特點的組合隔震技術方法，結果表明組合隔震可減小隔震橡膠支座面壓和水平變形，減少塔樓偏置引起的結構扭轉效應、豎向高位收進引起的高振型效應，結構構件損傷程度和范圍大幅降低，屈服耗能機制更為合理，有效提升了建筑結構的抗震能力;分析比較近場速度脈沖型地震波與考慮1.5近場系數(shù)的常規(guī)地震波作用下復雜高層隔震結構的地震響應差別，結果表明在速度脈沖型近場地震作用下的隔震層位移，層間位移角及層剪力均大于考慮1.5近場系數(shù)的常規(guī)地震波，即1.5增大系數(shù)不能包絡近場地震影響，隔震設計時應慎重考慮。
關鍵詞：度設防;近斷層;復雜高層建筑;組合隔震技術
0引言
四川省屬于地震多發(fā)區(qū)，而西昌市更屬于度設防且有活躍斷裂帶分布地區(qū)。由于城市發(fā)展，大量高層建筑以及復雜高層建筑出現(xiàn)，應對巨大的地震作用同時保證較好的建筑使用功能成為建筑結構設計需要解決的問題。隔震技術在汶川、蘆山等地震經(jīng)受住了實際考驗，得到廣泛認可并獲得政府的政策推廣，住房和城鄉(xiāng)建設部印發(fā)了《關于房屋建筑工程推廣應用減隔震技術的若干意見暫行)》[1]的通知，鼓勵重點設防類、特殊設防類和位于度以上含度地震高烈度區(qū)的建筑采用減隔震技術。
建筑論文范例：高層建筑地基基礎和樁基礎土建施工技術要點
隔震結構通過降低上部結構輸入地震作用方式，舒緩上部結構負擔，能夠較好解決抗震能力與建筑功能的矛盾問題。復雜高層建筑的隔震設計有其特殊性，包括結構體形不規(guī)則性對隔震效果的影響;強地震輸入下超高、塔樓偏置導致的抗傾覆、抗扭轉需求加大;上部結構薄弱部位較多，加強措施更多更嚴等等。 近幾年，近斷層地震動的運動特征及其對工程結構的影響不斷受到關注。
近斷層地震動具有明顯的長周期速度和位移脈沖[2]，對隔震建筑等長周期結構的抗震性能和設計帶來不利影響。由于研究不足，我國抗震規(guī)范設計反應譜沒有納入近場條件，而通過近場放大系數(shù)考慮近場地震動影響。本文結合某度設防、近斷層且體型復雜的高層醫(yī)院建筑結構隔震設計實例，通過設置由橡膠隔震支座、滑板支座及黏滯阻尼器組合的隔震層的參數(shù)化計算分析，探討組合隔震技術方法下復雜高層建筑結構設計思路及控制要點。并研究組合隔震技術在近場速度脈沖型地震波作用下復雜高層隔震結構地震響應特點，為今后類似建筑結構設計提供參考。
1工程概況
川投西昌綜合醫(yī)院，位于西昌市北城新區(qū)，抗震設防類別為度，場地類別為II類，設計地震分組為第三組。由塔樓及裙房組成，其中塔樓地上共17層，建筑高度70.5m，字形平面，長度134.4m，寬度47.8m，單肢寬度23.9m;裙房地上層，建筑高度21.3m，為矩形平面，裙房長度193.2m，寬度109.9m;塔樓與裙房不設置抗震縫，共用兩層地下室。
本項目具有以下特點：1)大型醫(yī)療建筑，屬于重點設防類別;2)場地距離活躍斷裂帶小于2.5km，近斷層的地震影響必須重視;3)建筑體型復雜，屬高位收進的大底盤單塔結構，但塔樓偏置;塔樓平面不規(guī)則;4)建筑高度70.5米，大于度區(qū)鋼筋混凝土結構適用高度[3]。屬于“超過高度的房屋，應進行專門研究和論證，采取有效的加強措施”范圍[4]，為超限高層建筑工程。
2隔震技術的適應性研究
2.1隔震效果受結構體型影響評價
一般來說，多層結構由于自振周期較短，隔震后自振周期大幅延長，動力響應減弱而產(chǎn)生較好的隔震效果。但高層結構的上述效應受到抑制，一是本身自振周期較長，隔震后延長比例較小且位于反應譜下降相對平緩段;二是由于橡膠支座面壓控制原因，高層結構的支座較大進一步影響隔震效果，而高烈度的強地震輸入進一步加大上述影響，導致隔震效果的降低。
本項目采用基礎隔震，隔震層以上結構高度82米，按塔樓與裙房間設永久縫分離則塔樓高寬比3.5，而按塔樓與裙房一體則計裙房以上塔樓高寬比為2.1，兩者的非隔震模型基本自振周期分別為1.323s、1.2481s;盡管屬于高層結構，由于位于高烈度區(qū)，導致結構自身剛度較大，基本周期較小，采用隔震技術的效果較好，隔震前后周期比約為，見表;減震系數(shù)最大為0.369小于0.38，見表。隔震層大底盤有利于整體抗傾覆，防止隔震支座壓屈或拉應力過大，因而隔震技術在本結構具有很好的適用性。
3近斷層影響下的隔震設計研究
文獻表明，近斷層地震動的基本特征主要有：
(1)破裂的方向性效應：表現(xiàn)為破裂前方的地震動長周期成分加強,地震動峰值大、持時短,垂直于斷層面的分量的速度時程中有明顯的長周期脈沖該方向的地震動明顯大于平行于斷層面方向的地震動。(2)近斷層的速度大脈沖：其中,方向性脈沖主要表現(xiàn)在垂直于斷層走向的分量上,永久位移引起的速度脈沖表現(xiàn)在平行于斷層走向的分量上，個速度脈沖是疊加在一起的。(3)上盤效應：產(chǎn)生上盤效應主要是由于到斷層在地表的跡線距離斷層距相同的點上盤到發(fā)震斷層面的距離震源距要小于下盤而近斷層區(qū)域地震動的幾何衰減很快，導致上盤地震動要大于下盤地震動。
另外,從斷層面上輻射出去的地震波到達地表后會反射回斷層面,再從斷層面反射到地表多次反射的地震波也放大了上盤的地震動。上盤效應提示我們在近斷層抗震設計時,要對上下盤分別對待。結構在近場地震動的地震響應與遠場明顯不同。美國UBC97規(guī)范考慮了近斷層地震效應，以50年超越概率10%把全美國劃分為個地震區(qū)(對應的有效峰值加速度分別為0.075g、0.15g、0.20g、0.30g和0.40g),其中需要考慮近場效應的Zone4區(qū)(0.40g)主要分布在西海岸加州境內(nèi)。該規(guī)范根據(jù)近斷層的距離和斷層類型，給出了近場因子Na和Nv的取值，通過地面反應系數(shù)Ca和Cv對設計譜進行調(diào)整。
而我國抗震規(guī)范GB50011的設計譜曲線中沒有反應速度脈沖效應對結構破壞的影響，而提出統(tǒng)一的加速度幅值增大系數(shù)方法考慮近斷層地震動對隔震結構影響。 根據(jù)安評報告，本工程場地與斷裂帶最近距離約2.5km，且近場區(qū)的垂直差異運動的幅度和水平走滑運動較為明顯。采用隔震結構后，近斷層長周期脈沖的效應對隔震層變形放大效應不能忽視。文獻表明進行近斷層地震作用下的基礎隔震結構設計時，PGV與PGD應優(yōu)于PGA成為地震動輸入的控制參數(shù)。故本節(jié)選取近斷層速度脈沖波采用ETABS軟件進行動力時程分析，討論抗震規(guī)范方法的合理性。
4組合隔震技術的應用研究
4.1設置黏滯阻尼器的組合隔震技術應用
近場脈沖波下最大的隔震層水平位移最大可達到800mm，要滿足罕遇地震時限值Max(0.55D=605mm,3r=696mm)=696mm的要求[3]，屈重比需要達到3.5%以上，意味著90%以上的隔震支座需要采用鉛芯支座，隔震層剛度相應增加，隔震效果下降。在隔震層X,Y向各設置40個黏滯阻尼器，形成橡膠隔震支座與黏滯阻尼器的組合隔震的方案，與僅設置橡膠隔震支座黏滯無阻尼器的隔震方案對比分析，比較考慮1.5近場系數(shù)的常規(guī)波以及近場脈沖波作用下隔震效果與限位情況。
以RSN802地震波為例，對比罕遇地震下兩種隔震方案的典型能量耗散分布圖可知，兩種方案總的輸入能差別不大，且隔震層的消能器均耗散大部分能量。其中無黏滯阻尼器的隔震方案，位移型的隔震支座耗能占比達到51.3%;而組合隔震方案的隔震支座耗能占比約34%，其速度型的黏滯阻尼器則消耗約33%的能量，使得隔震支座位移減少，體現(xiàn)在隔震支座能量消耗有所減少。但方案組合隔震的隔震層總的消耗能量比達到67%大于隔震方案的51.3%，說明組合隔震不僅有效控制隔震支座位移，且能消耗更多的地震能量，使得結構構件塑性耗能占比不到0.4%，屈服耗能機制更為合理，可顯著提高結構抗震性能。
5結論
(1)隔震技術可有效減輕復雜結構的地震響應，降低結構復雜性對抗震的不利影響，提高結構抗震性能。
(2)分析表明，本結構在近場脈沖波的地震響應普遍大于考慮1.5的近場系數(shù)的常規(guī)波。采用近場影響系數(shù)考慮近場效應的設計方法，不能包絡考慮近場長周期脈沖運動對隔震結構的不利影響，建議近斷層的復雜隔震結構設計時進行近場脈沖波的地震響應驗算。
(3)采用粘滯阻尼器的組合隔震技術對于高烈度區(qū)的復雜結構有著良好的適用性，是提高隔震效率、增加復雜結構抗震性能的有效方式。
參考文獻
[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.關于房屋建筑工程推廣應用減隔震技術的若干意見暫行
[2]火明譞,趙亞敏,陸鳴.近斷層地震作用隔震結構研究現(xiàn)狀綜述[J]世界地震工程,2012,28(3):161170.(HUOMingxuan,ZHAOYamin,LUMing.Researchprogressinbaseisolatedstructuressubjectedtonearfaultgroundmotions[J].WorldEarthquakeEngineering,2012,28(3):161170.(inChinese))
[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.中華人民共和國建筑工程標準建筑抗震設計規(guī)范:GB500112010(2016年版)[S]北京：中國建筑工業(yè)出版社2016.MinistryofHousingandUrbanRuralDevelopmentofthePeople'sRepublicofChina.Codeforseismicdesignofbuildings.GB500112010(2016)[S].Beijing:ChinaArchitecture&BuildingPress,2011.(inChinese)
作者：吳小賓，彭志楨，秦攀，曹莉，韓克良，姜雪
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