張建新1，  倪金濤1，  張文圣2，  劉  站1

（1昆明民用建筑設計研究院有限公司，昆明650221;2云南震安減震技術有限公司，昆明650211）

[摘要]  結合9度(0. 40g)區尋甸匯龍印象住宅小區的雙塔高層結構，介紹其隔震設計的基本步驟及隔震支座受拉應力的控制方法。提出按同一時刻出現拉應力的隔震支座數量占隔震支座總數量比例不宜超過15%的原則來進行隔震支座布置；在對雙塔結構模型進行整體隔震分析的同時，對單塔模型也進行隔震分析校驗，并進行包絡設計；對該雙塔高層結構的超長樓板進行了地震作用和溫度作用下的應力分析，在樓板應力變化較大及應力集中處按分析結果進行了板厚及配筋的加強。結果表明，該結構隔震設計滿足要求。

[關鍵詞]  隔震設計；受拉隔震支座；雙塔高層結構；超長樓板

中圖分類號：TU352. 12 文章編號：1002-848X( 2016) 11-0039-05

1  工程概況

 尋甸匯龍印象住宅小區位于云南省尋甸縣縣城，小區共14棟均采用隔震的高層建筑，結構形式為現澆混凝土剪力墻結構。其中，5 N14棟為11層的小高層建筑，1~2棟和3～4棟均為18層的雙塔高層建筑結構，建筑效果圖如圖1所示。

 本文主要介紹1~2棟雙塔結構的隔震設計（3～4棟的情況與1～2棟基本一致，本文從略），1～2棟為帶2層底盤的雙塔高層結構，平面長度為61. 50m，超過《混凝土結構設計規范》(GB 50010-2010)（簡稱混規）45m的限值。該雙塔結構為《高層建筑混凝土結構技術規程》( JGJ 3-2010)（簡稱高規）所定義的豎向體型收進結構，屬復雜高層建筑結構。該雙塔結構由2層裙房連接，1層層高3.7m，2層層高3.6m，標準層層高2.9m，室內外高差0. 45m，建筑總高54.15m。1層結構平面布置如圖2所示，結構局部剖面如圖3所示。

 工程抗震設防烈度為9度，設計基本地震加速度為0. 40g，設計地震分組為第二組，建筑場地類別為Ⅲ類，特征周期0. 55s。地基基礎設計等級為甲級，建筑結構安全等級為二級，結構設計使用年限為50年。

 隔震層設置于塔樓地下1層與首層之間（圖3)，隔震層層高為2. 45m。隔震層以上剪力墻厚度為200，250，450mm；隔震層以上梁截面尺寸為200×400,200×600，200×700;隔震層梁主要截面尺寸為800 x1500，600 x1200，900 x1500；隔震層柱（隔震支座）主要截面尺寸為900×900，900×1800，1000 x2 000;隔震層以上構件的混凝土強度等級為C30~ C45，隔震層構件的混凝土強度等級為C45。

2  隔震分析及隔震層設計

 本工程初步確定的隔震目標為上部結構按8度(0.2g)設計。采用SATWE軟件進行上部結構設計；采用ETABS軟件進行模型驗證。在對雙塔結構模型進行隔震分析的同時，對單塔模型也進行隔震分析并校驗，進行包絡設計，本文給出的驗算結果均為包絡值。本工程嵌固端設在地下車庫頂板。

2.1隔震支座的布置及分析

 工程共使用了110個有鉛芯隔震支座，各類型支座數量及力學性能見表1，隔震支座平面布置見圖4，隔震結構屈重比為0. 029。

 (1)拉應力驗算

 按原來隔震支座的布置驗算，在罕遇地震作用下，隔震支座拉應力最大值雖均未超過《建筑抗震設計規范》( GB  50011-2010)（簡稱抗規）規定的1. 0MPa，但出現拉應力情況的支座較多，達到74. 28%。經與多方專家溝通，提出按同一時刻出現拉應力的隔震支座數量占隔震支座總數量的比例不宜超過15%、不應超過20%的原則來布置隔震支座。經驗算，調整優化隔震支座布置（圖4）后，同一時刻出現拉應力的隔震支座數量占隔震支座總數量的比例為16. 4%；本工程的隔震支座拉應力最大值為0. 65MPa，出現在編號為187的隔震支座，滿足抗規拉應力不應大于1. 0MPa的要求。隔震支座有充分的安全儲備。

 (2)壓應力驗算

 經驗算，隔震支座壓應力最大值為11.26MPa，出現在編號為382的隔震支座，滿足抗規要求。

2.2地震動選擇

 根據抗規要求，時程分析法時選取了5條實際強震記錄（549波、N11波、N12波、N29波、N94波）和2條人工波（REN1波、REN1波），圖5為所選取的7條地震波時程反應譜與規范反應譜曲線。

2.3隔震層的抗風承載力驗算及隔震效果分析

2.3.1隔震層抗風承載力的驗算

 根據抗規第12.1.3條，采用隔震的結構風荷載產生的總水平力不宜超過結構總重力的10%，本結構總重力為309 994kN，采用隔震支座后，結構風荷載產生的總水平力為2 051kN，小于309  994×10%=3 099. 4kN，滿足要求。

 隔震層必須具備足夠的屈服前剛度和屈服承載力，以滿足風荷載和微振動的要求。根據《疊層橡膠支座隔震技術規程》( CECS126: 2001)第4.3.4條規定，抗風裝置應按下式進行驗算：

2.3.2隔震效果

 通過設置隔震支座延長整個結構的自振周期，減小輸入上部結構的水平地震作用，達到預期防震的要求。如表2所示，本工程隔震前結構的自振周期為1. 178~1.240s，隔震后延長到2.430~2.698s，自振周期放大系數最小為2. 063，最大為2.236。計算結果表明，本工程在罕遇地震作用下，隔震層最大水平位移285mm，發生在編號508，510，517隔震支座，

小于0. 55D= 330mm（D為最小隔震支座直徑，本工程采用隔震支座最小直徑為600mm）及3Tr=330mm（T r為最小隔震支座的橡膠層總厚度）中的較小值，滿足抗規要求。隔震層以上結構的水平作用降至相當于抗震設防烈度8度(0.20g)的水平。另外，從表2和表3可以看出，隔震效果明顯。

2.5隔震層以下結構分析

 根據抗規12.2.9條要求，隔震層以下的結構（包括地下室和隔震塔樓下的底盤）中直接支承隔震層以上結構的相關構件，隔震后在設防地震作用下應滿足抗震承載力的要求，在罕遇地震作用下應進行抗剪承載力的驗算。

 支墩的受力簡圖見圖8，其中，P為在設防（罕遇）地震時設計組合工況下上部結構產生的軸力；V x，Vy為設防（罕遇）地震時設計組合工況下上部結構產生的X向和y向水平剪力；U x，U y為設防（罕遇）地震作用下隔震支座產生的水平位移；h b為隔震支座高度；H為隔震支墩的高度。

 隔震支座下支墩底部產生的

 按上述要求對隔震支座的下支墩進行設計，最終設計的支墩節點詳圖見圖9，其中L a E為鋼筋錨固長度。

2.6相關設計措施

 (1)嚴格控制墻柱軸壓比，提高柱的延性，本工程隔震層以上墻肢最大軸壓比為0. 39，隔震層轉換柱的最大軸壓比為0. 60。

 (2)隔震轉換層的主梁抗震等級提高一級，由二級提高為一級。

 (3)加強節點連接，樓梯間框架柱和樓梯柱的箍筋全柱段加密設置。對突出屋面的結構及較高的女兒墻采取加強構造措施。

 (4)采取不阻礙隔震層在罕遇地震下發生大變形的構造措施。上部結構的周邊設置豎向隔離縫，縫寬不宜小于隔震橡膠支座在罕遇地震下的最大水平位移的1.2倍且不宜小于200mm。上部結構和下部結構之間，應設置完全貫通的水平隔離縫，縫高可取20mm，并用柔性材料填充；當設置水平隔離縫確有困難時，應設置可靠的水平滑移墊層。

3  雙塔上部結構設計

 結構計算時采用SATWE和SAP2000兩個軟件．并采用較不利結果進行結構設計。

3.1溫度效應下裙房樓板應力分析

 工程位于昆明市尋甸縣城，根據《建筑結構荷載規范》( GB  50009-2012)，基本氣溫最低取-1℃，最高取28℃，后澆帶閉合時間在10月份，考慮該地區10月份溫差較大，后澆帶閉合時的溫度取5～20℃。綜上所示，取升溫29℃、降溫- 21℃情況進行分析，采用SAP2000軟件計算。計算所得樓板的應力分布見圖10、圖11。由圖10可知，在降溫21℃情況下，裙房屋面板的拉應力絕大部分小于混凝土抗拉強度標準值f t k=2.51MPa，但在裙房屋面板的中部、四角及洞口附近拉應力較大，接近f t k，少數地方超過了f t k。由圖11可知，在升溫29℃情況下，裙房屋面板基本處于受壓狀況，最大壓應力遠小于混凝土抗壓強度標準值f c k= 29. 6MPa。

3.2地震作用下裙房樓板應力分析

 由圖12，13可知，在多遇地震作用下，裙房屋面板的拉應力大部分小于混凝土抗拉強度標準值f t k=2. 51MPa，在兩塔樓之間的裙房屋面板連接部分、與主樓直接連接的樓板處，拉應力超過了ft k；在設防地震作用下，連接兩塔樓之間的裙房屋面板連接部分的拉應力大部分超過混凝土抗拉強度標準值ft k=2. 51MPa。

 綜上，設計時將裙房屋面板的四角、洞口周邊的樓板板厚加厚至160mm，樓板采用亞12@150雙層雙向配筋；將兩塔樓之間的裙房屋面板連接部分

3.3構造及加強措施

 (1)兩個塔樓結構布置要一致且對稱布置，不存在塔樓偏置情況。

 (2)塔樓中與裙房相連的外圍柱、剪力墻從固定端至裙房屋面上一層的高度范圍內，按高規第

7.2. 15條的規定設置約束邊緣構件。

 (3)為保證結構大底盤與塔樓的整體作用，除了滿足計算要求外，裙房屋面板厚度不小于150mm，且雙層雙向配筋，每層每方向的配筋率不小于0. 25%；將兩塔樓之間的裙房屋面板連接部分（11軸與14軸之間樓板）板厚加厚至180mm，根據設防地震作用下樓板的應力進行配筋，并在應力集中的位置采用亞14@150進行配筋加強；裙房屋面上、下層結構的樓板厚度不小于120mm，根據設防地震作用下樓板的應力情況配筋；在應力集中、突變的位置將板厚加厚至160mm，采用亞12@150加強樓板的配筋。

 (4)為減少溫度效應對樓板的影響，采用以下技術措施：1）設置溫度后澆帶：通過在超長結構適當位置處（主樓旁一跨，與沉降后澆帶位置同，共兩條）設置后澆帶來減小混凝土結構的早期自身收縮，主體結構斷水1個月后用強度高一級的膨脹混凝土澆筑封閉。2）加強樓板配筋：通過計算確定樓板在溫度變化下所產生的拉應力，根據應力情況進行梁、板配筋。3）加強養護保溫，做好混凝土澆搗后的保濕養護工作，合理控制混凝土水灰比等材料配置參數，減小混凝土自身的材料收縮，并在混凝土中添加膨脹劑。4）加強梁、板構造配筋，加強梁腰筋配置并滿足縱筋的抗扭錨固要求；樓板板底鋼筋在支座處盡量拉通，需要截斷時，應滿足受拉錨固要求。

4  結論及建議

 (1)雙塔高層建筑隔震設計時，在對雙塔結構模型進行隔震分析的同時應對單塔模型進行校核，采取包絡設計，按最不利的情況進行隔震支座布置、隔震層設計、地下室及地基基礎等相關的隔震設計。

 (2)隔震支座拉應力的驗算應滿足抗規不大于1. 0M Pa的要求，且同一時刻產生拉應力的隔震支座數量占隔震支座總數量的比例不宜超過15%，不應超過20%。

 (3)為保證雙塔結構在地震作用下的變形協調，裙房屋面板應有一定的剛度及變形協調能力，雙塔之間裙房屋面板的連接部分應按設防地震作用下板的應力進行配筋。

 (4)雙塔結構往往房屋總長超過混規限值，除采取溫度后澆帶、外加膨脹劑等措施外，還建議采用SAP2000軟件對升溫及降溫情況下的結構進行定量分析，在應力集中或變化較大的位置進行配筋加強。