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摘要：利用有限元軟件建立某5層框架結構商城模型，輸入水平雙向的實際地震波和人工波，通過時程分析，對比了傳統抗震結構、全鉛芯橡膠隔震結構和組合隔震結構的地震反應。結果表明：由鉛芯橡膠支座和摩擦滑板支座組成的組合隔震結構在增加自振周期、減小基底反力幅值、減小結構層地震動加速度等方面均較全鉛芯橡膠隔震結構更好，具有良好的隔震性能；考慮造價等因素，組合隔震結構比全鉛芯橡膠隔震結構有更廣闊的應用空間。

關鍵詞：結構；組合隔震；雙向地震；自振周期；地震動加速度

地震是地球內部能量短時間的釋放，隨機性較強，它不僅對人們的生命財產造成巨大威脅，而且造成的次生災害也是難以估量的[1]。近年來，我國也發生了多次較大地震，給人們帶來了沉重的災難。因此，在我國對減震防震的研究具有重要的意義。在各類抗震技術中，隔震技術因其構造簡單、易于維護、減震效果明顯等優點而引起廣泛的關注，尤其是基礎隔震技術研究成為當前研究和應用的熱點[2-3]。由于不同的隔震裝置單獨使用時各有利弊，而將不同的隔震裝置配合使用可以取長補短得到更好的效果，所以組合隔震結構已經成為現代隔震技術發展的一個重要思路[4]。國內的專家學者對組合隔震結構的隔震效果也進行了相關的研究，取得了一系列的理論成果[5-6]，但各種隔震支座在實際工程中推廣的最大障礙就是造價問題[7]。其中鉛芯橡膠支座具有較強的恢復力，但是造價相對較高；摩擦滑板支座具有造價低、減震效果好的特點，但是地震時的復位能力較差。因此，筆者以某實際工程為例，建立數值分析模型，對比分析組合隔震結構在8度罕遇地震時的隔震效果。

1模型及分析概況

1.1模型概況

某5層框架結構商城，建筑物東西長30m，南北寬18m，在SAP2000軟件中建立結構分析模型。該地區抗震設防烈度為8度，抗震設防類別為丙類，場地類別為Ⅱ類，設計地震分組為第2組；柱截面尺寸為500mm×500mm、主梁截面尺寸為300mm×600mm、次梁截面尺寸為250mm×500mm、板厚為120mm，梁、板、柱均采用C40混凝土澆筑，重度為25kN/m3，各層層高均為3.9m。各層樓地面恒載取2kN/m2；填充墻采用加氣混凝土砌塊，僅考慮框架四周外圍部分，將填充墻和窗戶簡化為分布在框架梁上的線荷載，取7.78kN/m；屋面女兒墻采用普通黏土磚，高度1m，簡化為線荷載，取4.32kN/m；各層樓面的活荷載參照GB50009—2001（2006年版）《建筑結構荷載規范》，取3.5kN/m2。

1.2隔震支座的布置

為了對比組合隔震結構的隔震效果，特建立傳統抗震結構模型、全鉛芯橡膠隔震結構模型、組合隔震結構模型。其中組合隔震結構采用鉛芯橡膠支座和摩擦滑板支座并聯組合的方式，兩者比例為1∶1，組合隔震支座采取分散布置。1）鉛芯橡膠支座型號為LRB600，屈服前的剛度為13110kN/m。根據抗震設計規范，罕遇地震下，取250%水平剪切變形時對應的等效水平剛度為1580kN/m、屈服后剛度為798kN/m、等效阻尼比為18.4%、屈服力為63kN。2）摩擦滑板支座型號為GYZF4，聚四氟乙稀板的厚度為10mm，與抗震結構對比時，滑移隔震支座的靜摩擦系數和動摩擦系數均取0.1，起滑前支座有效剛度取1.35×109N/m。

1.3地震波的選取及調整用時程分析法

對結構進行地震反應分析時，需要直接輸入地震動加速度時程曲線。根據文獻[8]：“采用時程分析法時，應按建筑場地類別和設計地震分組選用實際強震記錄和人工模擬的加速度時程曲線，其中實際強震記錄的數量不應少于總數的2/3”的要求，筆者擬采用EL-Centro波（NS）、EL-Centro波（EW）、唐山波（NS）、唐山波（EW）、人工波（人工波由自行編制的軟件隨機生成，見圖1）。在對結構進行罕遇地震分析時，地震峰值加速度為400cm/s2，結構同時施加X和Y雙向地震作用，在所有的分析工況中都尚未考慮豎向地震動的作用。根據文獻[8]的規定，輸入雙向地震波時加速度峰值按照X方向∶Y方向=1∶0.85進行調整。調整后X、Y方向輸入地震波的峰值分別為400，340cm/s2。地震波中加速度幅值大小反映地震波的強弱，要求所選地震記錄的加速度峰值與設防烈度要求的多遇地震或罕遇地震的加速度峰值相當，否則應對加速度曲線進行調幅，工程中應用較多的是比例調整法[9]。

2結果分析

2.1結構自振周期

通過分析對比，可以得到傳統抗震結構、全鉛芯橡膠隔震結構、組合隔震結構在前12個振型的自振周期情況，以及與傳統抗震結構的對比情況，其結果見表1。由表1可知：組合隔震結構與傳統抗震結構相比，前6個振型可以有效地增大結構的自振周期，尤其是前3個振型，增幅較為明顯；與全鉛芯橡膠隔震結構相比，6個振型的自振周期都有不同程度的增加。結構自振周期延長后，能夠避免出現共振現象，結構的地震影響系數也隨之變小，結構由“剛”變“柔”；上部結構的地震動加速度和各構件所受的剪力和彎矩會有不同程度的降低，建筑的抗震能力有一定的增加。通過對比可知，組合隔震結構比全鉛芯橡膠隔震結構的抗震效果更佳。

2.2基底反力

通過分析可以得到傳統抗震結構、全鉛芯橡膠隔震結構、組合隔震結構的基底反力分別在EL-Centro波、唐山波、人工波作用時，X、Y方向的時程曲線。由于基底反力在X、Y方向都具有相同的變化規律，所以僅給出3種波作用下X方向基底反力的時程曲線，見圖2。由圖2可知，無論是X方向還是Y方向，在3種不同的地震波作用下，傳統抗震結構的基底反力振幅均最大；全鉛芯橡膠隔震結構基底反力振幅有明顯的下降；組合隔震結構基底反力振幅又進一步地降低，但是降幅較前者較小。該現象說明組合隔震結構的隔震能力較好，能有效降低基底反力變化幅值，減輕對上部結構的影響。

2.3結構

層地震動加速度通過分析可以得到傳統抗震結構、全鉛芯橡膠隔震結構、組合隔震結構的各樓層地震動加速度分別在EL-Centro波、唐山波、人工波作用時，X、Y方向的加速度曲線，見圖3、4，其中“0”表示隔震層。由圖3、4可知，傳統抗震結構各樓層的地震動加速度隨著樓層的增加而增加，呈現出“擺動”的狀態；而全鉛芯橡膠隔震結構和組合隔震結構各樓層的地震動加速度隨樓層的增加略有增加，基本呈現出“平動”的狀態；組合隔震結構各樓層的地震動加速度在幾種地震波作用時，大部分均小于全鉛芯橡膠隔震結構對應樓層的地震動加速度，說明組合隔震結構的隔震性能優于全鉛芯橡膠隔震結構。組合隔震結構的隔震層地震動加速度除了EL-Centro波在X、Y方向略大于鉛芯橡膠隔震結構外，在唐山波和人工波的作用下組合隔震結構的隔震層地震動加速度均小于鉛芯橡膠隔震結構，證明對隔震層造成的破壞較小。

3結論

筆者根據實際工程利用SAP2000軟件分別建立某抗震設防烈度為8度的傳統抗震結構、全鉛芯橡膠隔震結構、組合隔震結構3種空間模型，通過對結構在地震作用下的自振周期、地震動加速度、基底反力等的對比分析，得到以下結論：1）無論是全鉛芯橡膠隔震結構還是組合隔震結構，與傳統抗震結構相比，都具有延長結構自振周期的能力，但是組合隔震結構比全鉛芯橡膠隔震結構自振周期延長更多，隔震效果更佳。2）全鉛芯橡膠隔震結構能大幅地降低傳統抗震結構在雙向水平地震作用下基底反力的振幅；組合隔震結構較全鉛芯橡膠隔震結構能更進一步地降低基底反力的幅值，對建筑基礎的設計和施工具有重要意義。3）傳統抗震結構各樓層的地震動加速度隨著樓層的增加而增加，呈現出“擺動”的狀態；而全鉛芯橡膠隔震結構和組合隔震結構各樓層的地震動加速度隨樓層的增加而略有增加，基本呈現出“平動”的狀態。組合隔震結構各樓層的地震動加速度均小于全鉛芯橡膠隔震結構對應樓層的加速度，說明組合隔震結構的隔震性能優于全鉛芯橡膠隔震結構。

參考文獻：

[1]尚守平.結構抗震設計[M].北京：高等教育出版社，2003：1-2.

[2]黨育，杜永峰，李慧.基礎隔震結構設計及施工指南[M].北京：中國水利水電出版社，2007：2-12.

[3]王建強，李靜，丁永剛.水平雙向地震作用對摩擦擺基礎隔震結構隔震支座位移的影響[J].四川建筑科學研究，2011，37（2）：165-167.

[4]劉可.基礎隔震的試驗研究[D].長沙：湖南大學，2010.

[5]朱玉華，呂西林.組合基礎隔震系統地震反應分析[J].土木工程學報，2004，37（4）：76-81.

[6]楊樹標.復合隔震結構地震反應的簡化計算[J].世界地震工程，2001，17（2）：65-69

[7]邵靜，姚菲，徐玉華.隔震支座技術的研究綜述[J].四川建筑科學研究，2014，40（3）：176-179.

[8]中國建筑科學研究院.建筑抗震設計規范：GB50011-2010[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[9]王道文.并聯組合基礎隔震反應分析[D].重慶：重慶大學，2011.收稿日期：2017-05-05基金項目：黃河水院科學技術

作者：楊利國 柴紅 曹磊 單位：黃河水利職業技術學院