浅谈建筑结构中框架的隔震设计

黄盛萍

【摘 要】我国是个多地震国家，随着地震频发现象的日益突出，人们的防震减灾意识不断提高，建筑隔震技术受到了人们的高度重视。与传统框架结构的抗震设计相比，隔震设计主要是通过隔震层的设置来吸收地震能量，延长结构体系的自震周期，从而降低上部结构的地震响应。目前，随着社会的发展以及科技的进步，建筑隔震技术已经在一些地震频发的高烈度区得到了广泛应用。

【关键词】框架；隔震；结构设计

1 框架隔震技术的前期咨询工作

建筑工程在尚未进行隔震设计之前，还处于建筑方案阶段时，建设单位可组织有经验的专家或委托专门的咨询机构展开框架隔震技术的前期咨询工作。主要针对当地抗震设防烈度、结构高度、高宽比、结构形式以及有无地下室等情况，就框架隔震结构设计的相关问题展开详细的咨询，对该项目采用框架隔震方案技术上的可行性和经济上的合理性进行评估，指出建筑、结构、水电等各个专业在设计中的注意事项，并对构造措施提出相应的意见和建议。

1.1 前期咨询工作中，应注意以下问题

（1）框架隔震建筑的经济性问题：

对业主来说采用框架隔震技术是否经济是非常重要的问题，采用隔震技术，增加了隔震支座费用、隔震构造措施的费用，但是减小了上部结构梁柱截面，节约了钢材和混凝土用量，同时增加了房屋的使用面积，在前期工作中尽可能的对隔震建筑的经济性进行合理分析。根据大量的工程经验，在抗震设防烈度高的地区采用隔震技术具有比较明显的经济性。

（2）隔震建筑的适用性问题：

隔震技术目前在我国主要应用于使用功能有特殊要求的建筑，例如安全性要求较高的学校、车站、体育馆等，使用功能不能间断的医院、通讯、消防等建筑，以及存放存放珍贵物品的建筑或珍贵建筑，如博物馆、档案馆、纪念性建筑等。由于隔震装置仅对抵抗地震作用有效，在风荷载或其他水平荷载的作用下，隔震建筑更宜倾覆，因此隔震技术的应用还应满足我国抗震规范规定的非地震作用水平荷载标准值产生的总水平力不超过结构总重力10% 的要求。同时，隔震建筑宜建在场地类别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地，且选用稳定性较好的基础类型。此外，框架结构高宽比宜小于4，变形特征接近剪切变形，最大高度应满足规范要求，否则采用隔震设计应进行专门研究。

1.2 框架隔震设计思路

咨询工作结束以后，在进行隔震设计时，需要对建筑工程的抗震设防烈度、场地条件、使用功能及建筑、结构方案，从安全和经济两方面进行综合分析。若该工程宜采用隔震技术，应先进行初步设计，除应满足规范的相关条文外，还应合理确定隔震支座的类型和布置位置。目前，国内的框架隔震设计多采用分部设计的方法，即整个框架隔震设计分为四步：上部结构设计、隔震层设计、下部结构设计和基础部分设计。

2 框架隔震建筑设计要点

2.1 框架隔震层的设置位置及数量

确定隔震层的位置是隔震设计的第一步。对于没有地下室的建筑，需要增加一层作为隔震层，隔震层的层高不宜过高，过高对结构不利也不经济，但也不能过低，过低不便于日后隔震层的维护和检修。对于有地下室的建筑，框架隔震层可以设置在地下室这一层，框架隔震支座放置在地下室柱顶或墙顶、柱中或墙中、柱底或墙底均可，可根据地下室的实际使用功能来确定框架隔震支座放置的位置。根据工程经验，大部分是放置在地下室柱顶或墙顶，这样避免了单独设置支座造成的费用增加，保证框架隔震建筑的经济性。然而，隔震支座设置在柱顶，必然会导致下支柱很粗大，可能影响地下室的使用功能，因此可以将下支柱设计为牛腿，也可在下柱顶部设置拉梁。隔震支座的数量、规格和分布可根据竖向承载力、侧向刚度和阻尼的要求计算确定。

2.2 框架隔震结构的计算

建筑结构隔震设计的计算分析，包含计算模型、地震波选取、地震作用计算等内容。对于框架结构，其隔震体系的计算简图采用剪切型结构模型，一般宜采用时程分析法进行计算。首先输入地震波的反应谱特性和数量，按设计地震分组和建筑场地类别分别选用人工模拟的加速度时程曲线和不少于总数2/3 的实际强震记录，多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符，计算结果宜取时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大者。求水平向减震系数时，多层框架隔震结构的层间剪力按多遇地震作用下用时程分析法計算求得。水平向减震系数应根据结构隔震与非隔震两种情况下各层层间剪力的最大比值来分析选取。

3 框架隔震建筑设计的应用目标

框架隔震设计的关键是确定初步的隔震设计目标。需要说明的是：第一，进行上部结构设计时，抗震设计方法还沿用传统抗震设计的方法，只是水平地震作用应采用降低后的值，当地的抗震设防烈度并没有降低；第二，叠层橡胶支座不能隔离竖向地震作用，所以上部结构设计时竖向地震作用仍保持不变，特别是对于高烈度地区，隔震建筑设计中应考虑的竖向地震作用比传统抗震建筑大得多。

依据以往大量隔震工程项目的经验，场地条件好，如I、II 类场地，上部结构规则、质量和刚度分布均匀，层数在6 层以下时，多采用框架结构，可以初步按隔震目标为降低一度

半考虑；6 ～ 12 层时，位于高烈度区，一般会采用框剪结构或者剪力墙结构，可以初步按隔震目标降低一度或者一度以上确定。总的来说，隔震建筑的抗震设防目标要高于非隔震建筑，也只有高于非隔震建筑的设防目标才能体现隔震建筑的安全性。

4 结束语

框架结构隔震技术已经取得了丰硕的成果，特别是在美国、新西兰和日本等发达国家不仅理论比较成熟，而且被广泛应用于实际工程中，我国也越来越重视隔震技术的发展。在框架结

构的隔震设计过程中，既要把握住隔震结构与传统结构一致的地方，又应特别注意区别之处，通过对比分析，提高建筑的安全性及适用性，减轻地震对建筑物造成的损失，从而带来较大的经济效益和社会效益，并使其可靠性和优越性得到充分的体现。

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