8度区某小学教学楼隔震设计

8度区某小学教学楼隔震设计

石建安

天水建筑设计院有限公司，甘肃 741000

摘要：采用橡胶隔震支座依据《隔标》对甘肃省某小学教学楼进行基础隔震设计。结合实际工程从隔震设计方法、性能目标选择、隔震层设计、计算结果分析等方面逐一梳理《隔标》、《抗规》异同，供设计人员参考。

关键词：高烈度区；基础隔震设计；橡胶支座；新旧规范对比

1、工程概况

甘肃省某小学教学楼总建筑面积7512.87㎡，其中地上6111.47㎡，地下1401.40㎡，为地上五层（不含屋顶）地下一层钢筋混凝土框架结构。建筑平面为矩形，隔震层高2.6m，一至四层高3.8m，五层层高5.1m。长65.8m，宽17.8m，高23.97m，长宽比为3.7，高宽比为1.35。

2、设计参数

建筑抗震设防类别为乙类，结构安全等级为一级。抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.20g，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第三组，场地特征周期为0.45s。框架抗震等级二级，局部单跨框架一级。

3、隔震设计方法

以往隔震设计依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016版）（简称“抗规”）采用分离式计算方法，通过引入减震系数上部结构可以采用传统的反应谱计算方法设计，实现了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。《建筑隔震设计标准》（GBT51408-2021）（简称“隔标”）提出了包含隔震层在内的直接设计方法，采用中震进行内力计算和构件设计，进一步引入性能化设计，实现“中震不坏、大震可修、巨震不倒”的抗震设防目标。

4、确定隔震目标

4.1结构体系与抗震等级

房屋高度涉及结构体系选择、抗震等级确定这两个重要问题。对于隔震建筑来讲，通过对大震下工况的各种验算、较为严格的高宽比限制，能够有力地保证结构体系的抗倾覆能力、整体刚度与稳定性、整体承载能力等的宏观指标。虽然结构隔震层设置位置有所不同，但隔震建筑能够保证各结构体系的适用高度与普通结构基本一致，故《隔标》6.1.2条规定隔震建筑宜符合《抗规》对建筑高度的规定，用于结构体系的选择。对于抗震等级来说，在《抗规》、《高规》中均有关于“接近高度分界”的表述，说明对于抗震有利建筑，其抗震等级可以适当调整，隔震建筑在结构规则性、地震作用、可能的破坏模式上，均较常规抗震结构更加有利，故《隔标》6.1.2条文说明中明确结构高度取隔震支座到上部结构屋面板顶的高度，用于确定上部结构的抗震等级。

4.2隔震结构构件的性能目标

《隔标》规定隔震结构构件根据性能要求分为关键构件、普通竖向构件、重要水平构件和普通水平构件，对不同类型构件按照《隔标》第4.4.6条采用中震进行性能设计。对于基底隔震，由于隔震层楼板的参与，一般认为隔震层梁板具有较强的类似“嵌固端”作用，为保证上部结构的变形破坏模式与一般框架结构保持一致，所以隔震层支墩、支柱及相连构件应包含上支墩、与上支墩相连的隔震层主梁、下支墩，但不包括底层框架柱。

4.3抗震措施的确定

《抗规》通过计算水平向减震系数确定隔震层以上结构的抗震措施，而《隔标》通过计算底部剪力比代替水平向减震系数确定上部结构的抗震措施。在设防地震作用下计算隔震模型与非隔震模型结构剪力比，从而计算出本工程结构剪力比最大值为0.36不大于0.5，上部结构可按本地区设防烈度降低1度确定抗震措施。

5、隔震层设计

5.1 布置隔震支座

采用基础隔震技术进行隔震设计，隔震层设置在地下室与首层（±0.00）之间，隔震支座布置在框架柱下（共布置44个）。

图一 隔震支座布置图

5.2 隔震层偏心率验算

根据《隔标》第4.6.2条规定：隔震层刚度中心与质量中心宜重合，设防烈度地震作用下的偏心率不大于3%。经计算本工程的偏心率为Rex=1.30%、Rey=2.64%均小于3%。

5.3 隔震支座压应力验算

隔震支座压应力计算按正常使用极限状态设计，采用结构重力荷载代表值计算，本工程隔震橡胶支座的压应力最大值为11.03MPa＜12.0MPa，满足规范限值。

5.4 隔震层抗风验算

根据《抗规》第12.1.3条规定：风荷载和其他非地震作用的水平荷载标准值产生的总水平力不宜超过结构总重力的10％。本工程风荷载标准值下产生的总水平力为690KN，小于结构总重力102611.5×10％=10261.15KN。采用铅芯橡胶支座作为抗风装置，隔震层屈服力（2906KN）大于风荷载标准值作用下隔震层层剪力的1.4倍（1.4×690kN=966kN）。

6、分析计算结果

6.1 上部结构设计

上部结构设计可不考虑周期折减的影响，不考虑扭转周期比、扭转位移比的限值要求，但需要满足弹性层间位移角限值、最小地震剪力的要求。对比《抗规》、《隔标》弹性层间位移角限制略有放松。隔震结构各楼层水平地震剪力系数应满足《隔标》第4.4.7条的规定，值得注意的是《隔标》是在设防地震作用下进行计算的。

6.2 隔震层计算

6.2.1 罕遇地震作用下的水平位移

经计算在罕遇地震作用下隔震支座的最大水平位移为164mm，满足规范要求。

6.2.2  隔震支座短期面压验算

根据《隔标》第6.2.1条规定：隔震橡胶支座在罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下拉应力不应大于1.0MPa。在罕遇地震作用下本工程支座没有出现拉应力。

6.2.3 隔震结构抗倾覆验算

根据《隔标》第4.6.9条规定：隔震结构应进行结构整体抗倾覆验算。结构在罕遇地震下最不利抗倾覆力矩与倾覆力矩比值为5.57，满足规范要求。

7、结语

（1）本工程主要设计指标和参数均满足规范要求，着重对房屋高度、性能目标选择、抗震措施确定等概念做了重点分析。

（2）采用《隔标》可以通过一次设计满足相关要求，而采用《抗规》不能直接保证结构在中震水准的性能。故在隔震建筑设计中应优先采用《隔标》的相关设计方法，对于《隔标》中未涉及的部分可参考其他规范或标准中的相关要求。

（3）在结构体系选择、抗震等级确定中，应区分建筑高度、结构高度，尤其是在层间隔震建筑中更为重要。

（4）隔震结构设计中可不考虑周期折减的影响，不考虑扭转周期比、扭转位移比的限值要求。

参考文献

1《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016版）

2《建筑隔震设计标准》（GBT51408-2021）

3《减隔震建筑结构设计指南与工程应用》丁洁民、吴宏磊编著

4《隔震建筑设计指南》薛彦涛、常兆中、高 杰编著

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