《建設(shè)工程抗震管理?xiàng)l例》自發(fā)布以來，全國“兩區(qū)域八大類”建筑依照法規(guī)要求，需采用隔震減震等技術(shù)，進(jìn)行設(shè)防地震作用下的正常使用分析、設(shè)計(jì)，同時(shí)要滿足《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術(shù)導(dǎo)則》及其他現(xiàn)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程的要求。河南省在2023年11月發(fā)布《河南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳關(guān)于做好全省地震重點(diǎn)監(jiān)測防御區(qū)防震減災(zāi)工作的通知》，進(jìn)一步明確各地要嚴(yán)格執(zhí)行《條例》相關(guān)要求。通過對(duì)河南省近3年的“兩區(qū)域八大類”建筑項(xiàng)目調(diào)研，發(fā)現(xiàn)多數(shù)項(xiàng)目根據(jù)自身特點(diǎn)、業(yè)主要求等因素，較多采用減震技術(shù)；筆者有幸在鄭州市某學(xué)校項(xiàng)目中進(jìn)行了隔震技術(shù)探索及應(yīng)用，采用PKPM+SSG軟件完成了項(xiàng)目的分析、設(shè)計(jì)，實(shí)踐過程中總結(jié)了部分心得體會(huì)，供同行參考、指正。
工程概況
項(xiàng)目為鄭州市某初級(jí)中學(xué)建設(shè)項(xiàng)目，總建筑面積約28300m2，項(xiàng)目包括教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、風(fēng)雨操場等建筑。其中，教學(xué)樓為地上5層，局部地下一層；實(shí)驗(yàn)樓地上3層，地下一層；風(fēng)雨操上地上2層，地下一層。工程效果圖見圖1.1。以教學(xué)樓為例，單體三維模型見圖1.1，建筑結(jié)構(gòu)使用年限50年，抗震設(shè)防類別乙類，抗震設(shè)防烈度7度（0.15g），設(shè)防地震分組第二組，場地類別Ⅱ類，特征周期0.40s；基本風(fēng)壓0.45kN/m2，基本雪壓0.40kN/m2。
2.1 隔震層選擇隔震層位置可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，按以下要求選?。?）無地下室的建筑，隔震層可設(shè)置在基礎(chǔ)頂面與一層底板之間；2）有地下室的建筑，隔震層可設(shè)置在基礎(chǔ)頂，也可設(shè)置在地下室頂板與一層底板之間；
3）帶裙房的大底盤結(jié)構(gòu)，隔震層可設(shè)置在裙房頂板與其上一層底板間。
圖2.1?不同位置隔震層示意圖（1-基礎(chǔ)，2-隔震支座層，3-上支墩層頂，4-地下室，5-裙房層）隔震層不做使用功能時(shí)，隔震層頂板下凈高不宜小于2.0米，不應(yīng)小于1.6米；隔震層頂板梁下凈高不宜小于1.2米，不應(yīng)小于0.8米，并滿足檢修、更換隔震裝置的需要。隔震層應(yīng)設(shè)置人員檢修出入口、隔震裝置進(jìn)出口或吊裝口，并應(yīng)設(shè)置防止人員誤入或墜落的措施。圖2.2為前期調(diào)研項(xiàng)目的情況，依次為凈高偏低、凈高較大、凈高適中的情況。
圖2.2?隔震層高度調(diào)研結(jié)果
隔震層位于地下室和半地下室時(shí)，其防水等級(jí)應(yīng)根據(jù)使用功能確定。其地下工程迎水面主體結(jié)構(gòu)應(yīng)采用防水混凝土，并應(yīng)根據(jù)防水等級(jí)的要求采取其他防水措施。當(dāng)隔震層設(shè)置在基礎(chǔ)頂時(shí)，宜設(shè)置防水板或筏板，當(dāng)無結(jié)構(gòu)底板時(shí)應(yīng)增加相應(yīng)措施避免地下水滲入隔震層內(nèi)部。本工程隔震層布置在地下室頂板與±0.000樓板之間。2.2 抗震縫設(shè)置教學(xué)樓建筑平面呈U形，如若不分縫，按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》3.4.3條可判斷屬于凹凸不規(guī)則，而《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》4.1.1條條文說明解釋不管上部結(jié)構(gòu)是否存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，隔震結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)規(guī)則性都可以通過隔震層的設(shè)計(jì)加以解決。
通過初步試算，不設(shè)縫的情況下可理解為大底盤隔震，通過控制隔震支座的布置，實(shí)現(xiàn)較小的偏心率、周期比和位移比，滿足《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》4.6.2條要求。可考慮不設(shè)置抗震縫，但是結(jié)構(gòu)凹凸不規(guī)則性仍然存在，本單體仍考慮設(shè)縫處理，即上支墩層不設(shè)縫，上支墩層以上設(shè)縫、分塔，上部結(jié)構(gòu)分區(qū)見圖2.3。項(xiàng)目實(shí)踐中建議可根據(jù)項(xiàng)目復(fù)雜程度確定。
圖2.3?上部結(jié)構(gòu)分區(qū)示意圖
2.3 隔震支座常見的隔震支座種類見圖2.4。本工程采用建筑隔震橡膠支座，主要參技術(shù)參數(shù)包含：第一形狀系數(shù)S1，是指橡膠隔震墊中單層橡膠板的有效承壓面積與橡膠板的總自由面積之比，主要反映薄鋼板對(duì)橡膠板變形的約束程度；S1與隔震支座的豎向剛度與承載力密切相關(guān)，不應(yīng)小于15；第二形狀系數(shù)S2，是指橡膠板的直徑與橡膠總厚度之比，主要反映橡膠受壓時(shí)的穩(wěn)定性。S2與隔震支座的穩(wěn)定性和水平剛度有關(guān)，第二形狀系數(shù)不應(yīng)小于3且不宜小于5。2.4 確定隔震目標(biāo)依據(jù)《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》6.1.3條：本工程隔震目標(biāo)為：底部剪力比不大于0.5，框架抗震等級(jí)降低一級(jí)。
2.5 隔震設(shè)計(jì)流程
本工程采用PKPM2021版V1系列結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行隔震結(jié)構(gòu)的建模與分析設(shè)計(jì)。該單體結(jié)構(gòu)平面、豎向規(guī)則，依據(jù)《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱隔標(biāo)）4.1.3條，可采用復(fù)振型分解反應(yīng)譜法結(jié)合迭代計(jì)算隔震支座剛度和阻尼比的方法，進(jìn)行隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，無需與時(shí)程分析方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。在PKPM軟件中定義、布置隔震支座，設(shè)置性能目標(biāo)、定義相關(guān)構(gòu)件類別，對(duì)隔震模型和非隔震模型進(jìn)行整體設(shè)計(jì)方法分析計(jì)算；可在一個(gè)模型里，一鍵實(shí)現(xiàn)包含中震隔震、中震非隔震、大震隔震等多模型的性能包絡(luò)設(shè)計(jì)工作，方便快捷。采用SAUSG-GZ進(jìn)行大震彈塑性時(shí)程分析。3.1 非隔震模型試算該步不一定所有項(xiàng)目均需要進(jìn)行，但上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面、隔震支座大小是兩個(gè)變量，直接以一體化模型進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，較難或者需要多次試算才能完成一體化模型的調(diào)整，而按照降低1度的中震地震力輸入地震參數(shù)，對(duì)上部結(jié)構(gòu)柱底進(jìn)行點(diǎn)鉸處理，模擬加了隔震支座的狀態(tài)，進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)試算，可較快速的初步確定上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面，進(jìn)而再進(jìn)行組裝隔震支座層及下部結(jié)構(gòu)，可較快捷的完成一體化模型的試算。注意，在上述非隔震假定模型下進(jìn)行試算，將結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)調(diào)過或接近調(diào)過，例如位移比、剛重比、剪重比、軸壓比等，位移角需滿足《隔標(biāo)》規(guī)定的上部結(jié)構(gòu)層間位移角限值。例如：此結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，層間位移角需滿足1/400。
3.2 隔震設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置PKPM-GZ模塊提供了隔震信息參數(shù)截面，見圖3.1，設(shè)計(jì)師除了將通用設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置外，僅需在此界面下設(shè)置隔震專屬信息，即可快捷完成參數(shù)設(shè)置。圖3.2為后續(xù)版本軟件參數(shù)界面，補(bǔ)充按照《抗規(guī)》采用一體化模型設(shè)計(jì)的功能。
圖3.2?《抗規(guī)》一體化設(shè)計(jì)隔震信息參數(shù)界面
?圖3.3構(gòu)件性能目標(biāo)設(shè)置
3.3 構(gòu)件性能目標(biāo)本工程樓層為：地下室一層、下支墩層、隔震支座層、上支墩層、上部結(jié)構(gòu)各層，按照?qǐng)D3.4示意及《隔標(biāo)》條文要求指定構(gòu)件性能目標(biāo)。而在PKPM-GZ模塊里，在圖3.1隔震信息界面準(zhǔn)確輸入隔震支座所在層號(hào)、計(jì)算底部剪力比層號(hào)，再到圖3.3按照流程設(shè)置隔震區(qū)域構(gòu)件，在減隔震結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)中復(fù)核構(gòu)件性能目標(biāo)即可，上述參數(shù)存在聯(lián)動(dòng)、關(guān)聯(lián)關(guān)系，極大減少手動(dòng)指定性能目標(biāo)的工作量。
3.4 隔震支座的選取和布置本工程教學(xué)樓一共布置84個(gè)隔震支座，其中LNR600支座6個(gè)、LNR700支座18個(gè)、LRB600支座26個(gè)、LRB700支座31個(gè)、LRB800支座3個(gè)。鉛芯橡膠支座布置在結(jié)構(gòu)的周邊。各支座類型及支座布置見圖3.5。PKPM-GZ模塊可以進(jìn)行一鍵自動(dòng)布置隔震支座，方便快捷的完成隔震支座的初步選型。見圖3.6。
4.1 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析
設(shè)防地震（中震）作用下，隔震結(jié)構(gòu)與非隔震結(jié)構(gòu)的周期對(duì)比見表4.1（可在后處理菜單→隔震計(jì)算書中查看）；《疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：隔震房屋兩個(gè)方向的基本周期相差不宜超過較小值的30%。由表4.1可知，采用隔震技術(shù)后，結(jié)構(gòu)的周期明顯延長，且滿足相關(guān)規(guī)定要求。4.2 底部剪力比結(jié)構(gòu)底部剪力比值的最大值為0.43，據(jù)《隔標(biāo)》第6.1.3-1條，隔震后結(jié)構(gòu)與隔震前結(jié)構(gòu)底部剪力比不大于0.5時(shí)，上部結(jié)構(gòu)按本地區(qū)設(shè)防烈度降低1度確定抗震措施，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)較好。
表4.2 ?非隔震與隔震結(jié)構(gòu)層間剪力及層間剪力比
4.3 設(shè)防地震下彈性層間位移角
表4.3 ?結(jié)構(gòu)層間位移角結(jié)果
表4.3中設(shè)防地震下上部結(jié)構(gòu)最不利層間位移角為：X 向：1/667,Y 向：1/700，二者均滿足《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的限值要求。
4.4 隔震層偏心率
上表亦可在隔震計(jì)算書中查看，可知，設(shè)防地震下隔震層偏心率滿足《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》4.6.2-4 的要求。
4.5 抗風(fēng)驗(yàn)算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(fēng)荷載和微振動(dòng)的要求?！督ㄖ粽鹪O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第4.6.8條規(guī)定抗風(fēng)承載力應(yīng)符合下式規(guī)定：，即1.5Vwkx = 3949.8 < 5034.7kN，1.5Vwky = 5002.1 < 5034.7kN，滿足要求；《抗規(guī)》規(guī)定：采用隔震的結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載和其他非地震作用的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的總水平力不宜超過結(jié)構(gòu)總重力的10%。本結(jié)構(gòu)總重力荷載代表值為228508.2 kN，其10%大于風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平力2633.2 kN(X向)，3454.8 kN(Y向)，滿足規(guī)范要求。以上結(jié)果在隔震計(jì)算書中展示。4.6 隔震支座驗(yàn)算為了文字看的清晰，僅以個(gè)別隔震支座驗(yàn)算結(jié)果為例，見圖4.6所示。反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果，前期參考用。中震、大震下分別切換對(duì)應(yīng)子模型查看即可。
圖4.6?隔震層支座長期面壓、拉壓應(yīng)力、變形驗(yàn)算、屈重比驗(yàn)算結(jié)果
4.7 樓面質(zhì)心水平加速度樓面質(zhì)心水平加速度需要執(zhí)行時(shí)程分析之后，才能在模型目錄下WDYNA.txt文件下查看。本工程補(bǔ)充中震彈性時(shí)程分析，樓面質(zhì)心水平加速度最大為0.12g，滿足《導(dǎo)則》Ⅱ類建筑中震下的最大樓面水平加速度限值0.45g。
圖4.7 樓面質(zhì)心水平加速度結(jié)果
4.8 罕遇地震作用下SSG彈塑性時(shí)程分析結(jié)果V1版本PKPM接SSG需要“非線性”菜單欄下進(jìn)入，V2版本后在主界面SAUSG非線性處也可進(jìn)入，效果一致，見圖4.8。兩軟件隔震后模型的質(zhì)量相差4.41%，主要周期相差3.34%之內(nèi)，都非常接近。SSG-PI的相關(guān)分析流程不再贅述，PKPM構(gòu)力學(xué)堂及SSG官網(wǎng)均有相關(guān)教學(xué)視頻可學(xué)習(xí)。以下列舉部分SSG罕遇地震作用下彈塑性分析的部分結(jié)果。4.8.1 按照《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》4.6.9-2條要求：結(jié)構(gòu)整體抗傾覆驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)按罕遇地震作用計(jì)算傾覆力矩，并應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)重力代表值計(jì)算抗傾覆力矩，抗傾覆力矩與傾覆力矩之比不應(yīng)小于1.1。經(jīng)計(jì)算滿足規(guī)范要求。見表4.9。4.8.2 隔震層最大水平位移165mm，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=333mm（Tr為最小隔震支座的橡膠層總厚度）中的較小值，滿足要求。見圖4.10。
4.8.3 根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》12.2.4條及《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第6.2.1條規(guī)定：隔震橡膠支座在罕遇地震的水平和豎向地震同時(shí)作用下，拉應(yīng)力不應(yīng)大于1.0MPa。見圖4.11。
圖4.11 罕遇地震支座拉應(yīng)力結(jié)果
圖4.12 罕遇地震支座壓應(yīng)力結(jié)果
4.8.4 隔震支座在罕遇地震作用下，支座壓應(yīng)力最大值為17.55Mpa，滿足《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第6.2.1條規(guī)定：重點(diǎn)設(shè)防類建筑橡膠支座最大壓應(yīng)力限值25Mpa。見圖4.12。4.8.5 在罕遇地震作用下，計(jì)算結(jié)果滿足《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第4.5.2條限值1/100要求。
圖4.13 罕遇地震作用下層間位移角結(jié)果
4.8.6 按照《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》4.6.1條要求：當(dāng)隔震層采用隔震支座和阻尼器時(shí)，應(yīng)使隔震層在地震后基本恢復(fù)原位，隔震層在罕遇地震作用下的水平最大位移所對(duì)應(yīng)的恢復(fù)力，不宜小于隔震屈服力與摩擦阻力之和的1.2倍。經(jīng)計(jì)算滿足規(guī)范要求。4.8.7 隔震審查報(bào)告
4.9 配筋結(jié)果及施工圖如圖4.15示意，PKPM可以在一個(gè)主模型內(nèi)實(shí)現(xiàn)中震隔震模型、大震隔震模型的配筋包絡(luò)設(shè)計(jì)，此時(shí)需要從主模型下進(jìn)入施工圖繪制模塊。另外，如圖4.15示意，計(jì)算書可以選擇顯示各個(gè)子模型的包絡(luò)設(shè)計(jì)信息，方便設(shè)計(jì)師查看及提交審圖機(jī)構(gòu)。
5.1 隔震建筑和普通抗震建筑設(shè)計(jì)的不同前期方案階段需要和建筑及其它專業(yè)進(jìn)行配合：1、確定隔震層設(shè)置部位；2、確定隔離縫的位置；3、樓梯、電梯的做法。5.2 隔震、減震、抗震建筑的選擇需考慮的因素：1. 建筑物的重要性程度；2. 抗震設(shè)防烈度；3. 經(jīng)濟(jì)性影響。
5.3 隔離縫做法
豎向隔離縫（隔震溝）寬度不應(yīng)小于隔震支座在罕遇地震下最大水平位移的 1.2 倍，且不宜小于 500mm 不應(yīng)小于300mm。
5.4 電梯井道做法兩種形式的選擇，考慮的因素：1. 施工難度；2. 后期檢修；3. 地震影響。
5.5 隔震層機(jī)電設(shè)備與管線
圖5.3 隔震層機(jī)電設(shè)備與管線做法示意
隨著綜合國力的逐步提升及行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，更多更優(yōu)的抗震技術(shù)也許會(huì)出現(xiàn)，而目前減隔震技術(shù)的較大范圍的推廣及應(yīng)用，可較大幅度的改善建筑物的抗震性能。通過本文所述內(nèi)容及分析結(jié)果證明，該工程采用隔震方案是有效可靠的；通過增加隔震層后，有效的降低了上部結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，并且結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范、規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)的要求?；赑KPM+SAUSG的減震隔震一體化設(shè)計(jì)解決方案，為廣大從業(yè)人員提供了便利的工具軟件，既能滿足《隔標(biāo)》設(shè)防地震及正常使用相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)，又能實(shí)現(xiàn)構(gòu)件設(shè)計(jì)自動(dòng)滿足不同性能水準(zhǔn)的目標(biāo)要求，可以方便設(shè)計(jì)師高效完成配筋計(jì)算書出圖及相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)整理的工作。
河南省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司是一家集城鄉(xiāng)規(guī)劃、市政工程、建筑工程及風(fēng)景園林工程等各類工程設(shè)計(jì)與技術(shù)咨詢、科研等職能為一體的國家高新技術(shù)企業(yè)。全院在職職工達(dá)到2025人，其中享受省政府特殊津貼專家1人，河南省勘察設(shè)計(jì)大師3人，教授級(jí)高級(jí)工程師51人，高級(jí)職稱340余人，中級(jí)職稱870余人，各類注冊(cè)人員240余人，博士6人，在站博士后8人。設(shè)有國家博士后科研工作站、河南省企業(yè)技術(shù)中心、鄭州市飲用水安全保障技術(shù)工程研究中心、城市規(guī)劃研究中心、城市交通研究中心、小城鎮(zhèn)研究中心、綠色建筑設(shè)計(jì)研究中心、海綿城市研究中心等多個(gè)技術(shù)研發(fā)平臺(tái)。我院是河南省國土空間規(guī)劃智庫、河南省城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)的依托單位，與同濟(jì)大學(xué)、鄭州大學(xué)、河南大學(xué)等多家高校建立了合作關(guān)系，科研成果豐碩。共完成科研課題百余個(gè)，在研課題20個(gè)，獲得發(fā)明專利7項(xiàng)，實(shí)用新型52項(xiàng)，軟件著作權(quán)31項(xiàng)。受邀主持、參與編制國家級(jí)、大區(qū)級(jí)、省級(jí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)則23項(xiàng)。近幾年全院員工出版專著17部，發(fā)表論文百余篇。來源：SAUSG非線性仿真
