摘要：结合某度设防、近断层且体型复杂的高层医院建筑结构隔震设计实例，研究隔震技术对强地震输入、特别不规则和高预期抗震性能目标的复杂高层建筑结构中的适应性及对应措施，提出发挥不同隔震器件或装置性能特点的组合隔震技术方法，结果表明组合隔震可减小隔震橡胶支座面压和水平变形，减少塔楼偏置引起的结构扭转效应、竖向高位收进引起的高振型效应，结构构件损伤程度和范围大幅降低，屈服耗能机制更为合理，有效提升了建筑结构的抗震能力;分析比较近场速度脉冲型地震波与考虑1.5近场系数的常规地震波作用下复杂高层隔震结构的地震响应差别，结果表明在速度脉冲型近场地震作用下的隔震层位移，层间位移角及层剪力均大于考虑1.5近场系数的常规地震波，即1.5增大系数不能包络近场地震影响，隔震设计时应慎重考虑。
关键词：度设防;近断层;复杂高层建筑;组合隔震技术
0引言
四川省属于地震多发区，而西昌市更属于度设防且有活跃断裂带分布地区。由于城市发展，大量高层建筑以及复杂高层建筑出现，应对巨大的地震作用同时保证较好的建筑使用功能成为建筑结构设计需要解决的问题。隔震技术在汶川、芦山等地震经受住了实际考验，得到广泛认可并获得政府的政策推广，住房和城乡建设部印发了《关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的若干意见暂行)》[1]的通知，鼓励重点设防类、特殊设防类和位于度以上含度地震高烈度区的建筑采用减隔震技术。
建筑论文范例：高层建筑地基基础和桩基础土建施工技术要点
隔震结构通过降低上部结构输入地震作用方式，舒缓上部结构负担，能够较好解决抗震能力与建筑功能的矛盾问题。复杂高层建筑的隔震设计有其特殊性，包括结构体形不规则性对隔震效果的影响;强地震输入下超高、塔楼偏置导致的抗倾覆、抗扭转需求加大;上部结构薄弱部位较多，加强措施更多更严等等。 近几年，近断层地震动的运动特征及其对工程结构的影响不断受到关注。
近断层地震动具有明显的长周期速度和位移脉冲[2]，对隔震建筑等长周期结构的抗震性能和设计带来不利影响。由于研究不足，我国抗震规范设计反应谱没有纳入近场条件，而通过近场放大系数考虑近场地震动影响。本文结合某度设防、近断层且体型复杂的高层医院建筑结构隔震设计实例，通过设置由橡胶隔震支座、滑板支座及黏滞阻尼器组合的隔震层的参数化计算分析，探讨组合隔震技术方法下复杂高层建筑结构设计思路及控制要点。并研究组合隔震技术在近场速度脉冲型地震波作用下复杂高层隔震结构地震响应特点，为今后类似建筑结构设计提供参考。
1工程概况
川投西昌综合医院，位于西昌市北城新区，抗震设防类别为度，场地类别为II类，设计地震分组为第三组。由塔楼及裙房组成，其中塔楼地上共17层，建筑高度70.5m，字形平面，长度134.4m，宽度47.8m，单肢宽度23.9m;裙房地上层，建筑高度21.3m，为矩形平面，裙房长度193.2m，宽度109.9m;塔楼与裙房不设置抗震缝，共用两层地下室。
本项目具有以下特点：1)大型医疗建筑，属于重点设防类别;2)场地距离活跃断裂带小于2.5km，近断层的地震影响必须重视;3)建筑体型复杂，属高位收进的大底盘单塔结构，但塔楼偏置;塔楼平面不规则;4)建筑高度70.5米，大于度区钢筋混凝土结构适用高度[3]。属于“超过高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施”范围[4]，为超限高层建筑工程。
2隔震技术的适应性研究
2.1隔震效果受结构体型影响评价
一般来说，多层结构由于自振周期较短，隔震后自振周期大幅延长，动力响应减弱而产生较好的隔震效果。但高层结构的上述效应受到抑制，一是本身自振周期较长，隔震后延长比例较小且位于反应谱下降相对平缓段;二是由于橡胶支座面压控制原因，高层结构的支座较大进一步影响隔震效果，而高烈度的强地震输入进一步加大上述影响，导致隔震效果的降低。
本项目采用基础隔震，隔震层以上结构高度82米，按塔楼与裙房间设永久缝分离则塔楼高宽比3.5，而按塔楼与裙房一体则计裙房以上塔楼高宽比为2.1，两者的非隔震模型基本自振周期分别为1.323s、1.2481s;尽管属于高层结构，由于位于高烈度区，导致结构自身刚度较大，基本周期较小，采用隔震技术的效果较好，隔震前后周期比约为，见表;减震系数最大为0.369小于0.38，见表。隔震层大底盘有利于整体抗倾覆，防止隔震支座压屈或拉应力过大，因而隔震技术在本结构具有很好的适用性。
3近断层影响下的隔震设计研究
文献表明，近断层地震动的基本特征主要有：
(1)破裂的方向性效应：表现为破裂前方的地震动长周期成分加强,地震动峰值大、持时短,垂直于断层面的分量的速度时程中有明显的长周期脉冲该方向的地震动明显大于平行于断层面方向的地震动。(2)近断层的速度大脉冲：其中,方向性脉冲主要表现在垂直于断层走向的分量上,永久位移引起的速度脉冲表现在平行于断层走向的分量上，个速度脉冲是叠加在一起的。(3)上盘效应：产生上盘效应主要是由于到断层在地表的迹线距离断层距相同的点上盘到发震断层面的距离震源距要小于下盘而近断层区域地震动的几何衰减很快，导致上盘地震动要大于下盘地震动。
另外,从断层面上辐射出去的地震波到达地表后会反射回断层面,再从断层面反射到地表多次反射的地震波也放大了上盘的地震动。上盘效应提示我们在近断层抗震设计时,要对上下盘分别对待。结构在近场地震动的地震响应与远场明显不同。美国UBC97规范考虑了近断层地震效应，以50年超越概率10%把全美国划分为个地震区(对应的有效峰值加速度分别为0.075g、0.15g、0.20g、0.30g和0.40g),其中需要考虑近场效应的Zone4区(0.40g)主要分布在西海岸加州境内。该规范根据近断层的距离和断层类型，给出了近场因子Na和Nv的取值，通过地面反应系数Ca和Cv对设计谱进行调整。
而我国抗震规范GB50011的设计谱曲线中没有反应速度脉冲效应对结构破坏的影响，而提出统一的加速度幅值增大系数方法考虑近断层地震动对隔震结构影响。 根据安评报告，本工程场地与断裂带最近距离约2.5km，且近场区的垂直差异运动的幅度和水平走滑运动较为明显。采用隔震结构后，近断层长周期脉冲的效应对隔震层变形放大效应不能忽视。文献表明进行近断层地震作用下的基础隔震结构设计时，PGV与PGD应优于PGA成为地震动输入的控制参数。故本节选取近断层速度脉冲波采用ETABS软件进行动力时程分析，讨论抗震规范方法的合理性。
4组合隔震技术的应用研究
4.1设置黏滞阻尼器的组合隔震技术应用
近场脉冲波下最大的隔震层水平位移最大可达到800mm，要满足罕遇地震时限值Max(0.55D=605mm,3r=696mm)=696mm的要求[3]，屈重比需要达到3.5%以上，意味着90%以上的隔震支座需要采用铅芯支座，隔震层刚度相应增加，隔震效果下降。在隔震层X,Y向各设置40个黏滞阻尼器，形成橡胶隔震支座与黏滞阻尼器的组合隔震的方案，与仅设置橡胶隔震支座黏滞无阻尼器的隔震方案对比分析，比较考虑1.5近场系数的常规波以及近场脉冲波作用下隔震效果与限位情况。
以RSN802地震波为例，对比罕遇地震下两种隔震方案的典型能量耗散分布图可知，两种方案总的输入能差别不大，且隔震层的消能器均耗散大部分能量。其中无黏滞阻尼器的隔震方案，位移型的隔震支座耗能占比达到51.3%;而组合隔震方案的隔震支座耗能占比约34%，其速度型的黏滞阻尼器则消耗约33%的能量，使得隔震支座位移减少，体现在隔震支座能量消耗有所减少。但方案组合隔震的隔震层总的消耗能量比达到67%大于隔震方案的51.3%，说明组合隔震不仅有效控制隔震支座位移，且能消耗更多的地震能量，使得结构构件塑性耗能占比不到0.4%，屈服耗能机制更为合理，可显著提高结构抗震性能。
5结论
(1)隔震技术可有效减轻复杂结构的地震响应，降低结构复杂性对抗震的不利影响，提高结构抗震性能。
(2)分析表明，本结构在近场脉冲波的地震响应普遍大于考虑1.5的近场系数的常规波。采用近场影响系数考虑近场效应的设计方法，不能包络考虑近场长周期脉冲运动对隔震结构的不利影响，建议近断层的复杂隔震结构设计时进行近场脉冲波的地震响应验算。
(3)采用粘滞阻尼器的组合隔震技术对于高烈度区的复杂结构有着良好的适用性，是提高隔震效率、增加复杂结构抗震性能的有效方式。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的若干意见暂行
[2]火明譞,赵亚敏,陆鸣.近断层地震作用隔震结构研究现状综述[J]世界地震工程,2012,28(3):161170.(HUOMingxuan,ZHAOYamin,LUMing.Researchprogressinbaseisolatedstructuressubjectedtonearfaultgroundmotions[J].WorldEarthquakeEngineering,2012,28(3):161170.(inChinese))
[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.中华人民共和国建筑工程标准建筑抗震设计规范:GB500112010(2016年版)[S]北京：中国建筑工业出版社2016.MinistryofHousingandUrbanRuralDevelopmentofthePeople'sRepublicofChina.Codeforseismicdesignofbuildings.GB500112010(2016)[S].Beijing:ChinaArchitecture&BuildingPress,2011.(inChinese)
作者：吴小宾，彭志桢，秦攀，曹莉，韩克良，姜雪
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