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第26卷,第1期世界地震工程Vo.l26,No.12010年3月WORLDEARTHQUAKEENGINEERINGMar.2010文章编号:1007-6069(2010)01-0105-04隔震层位置与隔震支座选型122徐忠根,周福霖,马玉宏(11广州大学土木工程学院,广东广州,510006;21广州大学工程抗震研究中心,广东广州,510405)摘要:探讨隔震层的竖向设计位置,以期优化隔震设计,促进隔震技术的发展。隔震层设置在?0.00地板下和地下室板底相比:(1)在单层地下室部分不需设置隔震支座;(2)因减少地下室层的竖向荷载,竖向承载力的要求容易得到满足;(3)对于平面极不规则的结构,在?0.00板底隔震时,可以把上部结构分成几个平面相对比较规则的部分,因而隔震层扭转影响引起的位移可以减小;(4)对于文中算例,由于此3方面的原因,隔震支座选型后当隔震层处于?0.00地板下时可以降低隔震支座的费用达37.4%。对于平面尺寸大、平面极不规则的建筑结构把上部结构分割成若干规整的结构在首层地面以下进行隔震是一种经济可行的隔震方案。关键词:隔震层位置;扭转影响;位移;平面规则性;隔震支座中图分类号:TU352.1;P3151966文献标志码:ALocationsofisolationsystemandchoiceofbearings122XUZhonggen,ZHOUFulin,MAYuhong(11DepartmentofCivilEngineering,GuangzhouUniversity,Guangzhou510006,China;21EngineeringSeismicResearchandTestCenter,GuangzhouUniversity,Guangzhou510405,China)Abstract:Verticallocationsofisolationlayersarediscussedinordertooptimizeisolationdesignandencouragede-velopmentoftechnique.Isolationsystemunder?0.00floorboardisdifferentfromthebaseunderbasementinfo-llowfouraspects.Firs,tthepartofbasementwithsingle-storeyupperstructureneedsnottobeisolatedinformercase.Second,verticalloadonisolationsystemincludingthecellaritselfismuchgreaterinlatercase.Third,be-causeofirregularplan,deformationofisolationsystemismuchgreaterinlatercase.Fourth,intheexamplepro-jec,tbearingscostisincreasedby37.4%comparingtotheformercase.Forabuildingstructurewithlargeandveryunregulatedplan,itisaneconomyisolationdesigntodividethebuildingstructureintoseveralregulatedstruc-turesandtobeisolatedeachundertheirfirstfloor.Keywords:locationofisolationlayer;torsioneffec;tdisplacemen;tplanregularity;isolationbearing引言[1]自1993年我国汕头首栋采用叠层橡胶支座隔震技术的多层房屋建成以来,在广东、新疆、山西、北京[2]等地相继建成了近500栋隔震房屋。我国建筑抗震设计规范2001版首次纳入了隔震房屋的设计,叠层橡[3]胶支座隔震设计规程的颁布,这两项标准标志着我国隔震技术达到了应用推广的成熟期。隔震规程第4.1.1条第5款规定/隔震层宜设置在结构第1层以下的部位0。高烈度区某多层框架结构在满足该条要求收稿日期:2006-10-11;修订日期:2009-01-27基金项目:国家科技部重大基础研究项目(2004CCA03300)作者简介:徐忠根(1965-),研究员,博士,主要从事结构隔震、钢结构稳定的教学与研究1E-mai:lxuzhonggen@263.net 106世界地震工程第26卷时,分别把隔震层设在楼板下面和设置在地下室底部进行了优化分析对比。1工程概况22拟建中的海南某地多层钢筋混凝土短肢剪力墙结构,总建筑面积为22350199m,其中地上19382180m22地下2968.19m,建筑占地面积2152.64m。抗震设防烈度为8度,场地类别为II类。建筑平面分区如图1所示。图1建筑平面分区图Fig.1Divisionplanofbuilding由图1可见,建筑南北方向长度为81.779m,东西方向外轮廓线长度为82.949m。建筑的1层与地下室相连,形成/C0字形狭带,带宽13m。地面以上分A、B,,H(D区有2个),共9个区,各区之间相互联系较弱,其中C区和D区之间、E区和F区之间有2道伸缩缝分开。建筑地下室层高3.6m,地面以上10层,每层层高2.8m,建筑总高度28m。由此可知该建筑结构平面极不规则,整体扭转影响相当大。[2]根据建筑抗震设计规范,本工程抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度为0.30g。由于结构受的地震作用很大,在设计方案阶段本工程拟采用叠层橡胶支座隔震技术。根据叠层橡胶支座隔震技术规[3]程,考虑将隔震层设置在结构第1层以下的部位。2隔震层方案设计本工程考虑了2个隔震方案。方案1是把隔震层设在地下室底板以下;方案2是把隔震层设在?0.00地板以下。计算时直接采用设计院设计用的整体和分单体结构模型利用SAP2000非线性分析程序附加隔震支座进行计算,以隔震减少上部结构的地震力到非隔震时的0.35倍(相当于降低1度)为目标,支座选择经过叠代完成,满足承载力和隔震位移要求,由于计算数据繁杂,未能在文中给出。 第1期徐忠根,等:隔震层位置与隔震支座选型1072.1隔震层设置在地下室板底在方案1中,隔震是比较彻底的,它把地下室也与下部基础隔离开来,因而地下室的柱子所受的水平地震力也会因隔震而显著降低,但由于隔震层以上结构在罕遇烈度地震作用下会产生较大变形,因而需要与周围的可能妨碍其变形的结构隔离开,本工程经计算位移达30cm。由于本工程沿/C0平面内侧有1层地下室,即采用方案1时,该1层框架也需要进行隔震,且由于本工程平面形状极不规则,此1层所需的支座由于位移要求,其直径也比较大。方案1的支座布置如图2所示。方案1共选用了橡胶支座398个,其型号规格如表1所示。隔震支座选型时考虑了隔震支座的最大位移u满足下式:uF0155D(1)uF3Tr(2)式中:D为隔震支座的直径;Tr为隔震支座的橡胶层总厚度。隔震支座的竖向承载力取12~15MPa。隔震层的水平位移按下式计算:Feku=Ks(3)K式中:Ks为近场系数,本工程取1.0;表1地下室板底设置隔震层时隔震支座选型表结构总水平地震力:Fek=a1G,A1为Table1Isolationbearingswhenisolationlayerislocatedunderbottomofbasement相应于基本自振周期的水平地震影响直径(mm)型号数量备注500RB-G4-500123无铅芯系数,G为上部结构总重力荷载代表600RB-G4-600147无铅芯值。K为隔震层的水平刚度。方案1500LRB-G4-50038有铅芯计算时取考虑扭转影响的水平位移修600LRB-G4-60077有铅芯700LRB-G4-70013有铅芯正系数B=1.15。图2地下室板底隔震时支座布置图Fig.2Bearingarrangementwhenisolationlayerislocatedunderbottomofbasement2.2隔震层设在?0.00地板下在方案2中,隔震层设置在?0.00地板以下。由于建筑平面极不规则,其扭转作用会相当大,?0.00处地板在许多部位不足10m宽,为避免在罕遇烈度地震作用下,?0.00处地板可能因扭转作用而发生强度不足引起断裂的危险,在C区和D区、E区和F区伸缩缝处把?0.00地板分开,而在方案1中?0.00地板是连为一整体的。这个方案中/C0形内部半地下室部分不再需要隔震支座。其余部分支座数量也减少了,这有2个原因:其一是隔震支座仅需支承上部10层的竖向荷载,少支承了地下室的荷载,其承载力要求降低了; 108世界地震工程第26卷其二是由于建筑分割成3个区,每个区的扭转作用显著降低,相应地隔震层的位移也显著降低了。方案2的隔震支座布置如图3所示,共选用了橡胶支座263个,其型号规格如表2所示。方案2计算时,考虑扭转影响的水平位移修正系数B按下式计算:22Bi=1+12eri/(b+l)(4)式中:e为偏心距(含偶然偏心0.05);ri为第i个表2?0.00处地板下设置隔震层时隔震支座选型表隔震支座与隔震层刚度中心在垂直于地震作用方Table2Isolationbearingswhenisolationlayerislocatedunderbottomplateoffirstfloor向的距离;b,l分别为结构平面的短边和长边尺直径(mm)型号数量备注寸。500RB-G4-500120无铅芯按直径为500mm、600mm和700mm的隔震600RB-G4-60048无铅芯支座初步价格为5000,7000和10000元人民币500LRB-G4-50036有铅芯600LRB-G4-60046有铅芯估价,方案2需156.8万元,而方案1则达250.3700LRB-G4-70013有铅芯万元,比方案1降低了约37.4%。图3?0.00处地板下隔震时支座布置图Fig.3Bearingarrangementwhenisolationlayerislocatedunderbottomplateoffirstfloor3结论通过对某多层结构在?0.00地板下隔震和在地下室板底隔震进行了对比分析,可以得到如下结论:(1)隔震层设在地下室底板下时,被隔震的结构应包括仅一层的半地下室部分。(2)隔震层设在地下室底板下时,隔震层的竖向承载力应考虑地下室这一层,因而在隔震支座承载力12MPa~15MPa的限制下,应采用更大直径的隔震支座。(3)在地下室板底隔震时,由于地下防水等要求,往往需要把上部结构作为一整体进行设计,由于平面不规则,扭转影响较大,其隔震层的位移较大,也需要选用较大直径的橡胶支座。(4)以上3方面要求,导致隔震层隔震支座的材料大幅度上升,本例中相对于?0.00地板下隔震,隔震支座的材料费增长了37.4%。参考文献[1]周福霖.工程结构减震控制[M].北京:地震出版社,19971ZhouFulin1SeismicControlofStructures[M]1Beijing:ChineseSeismicPublishingHouse,1997.[2]GB50011-2001,建筑抗震设计规范[S]1GB50011-2001,Codeforseismicdesignofbuildings[S]1[3]CECS126:2001,叠层橡胶支座隔震技术规程[S]1CECS126:2001,Techniquespecificationsofseismic-isolationwithlaminatedrubberbearings[S]1
