多遇地震作用下高层建筑基础隔震研究.doc

4多遇地震作用下高层建筑基础隔震研究本文采用三维有限元模型对某高层建筑钢筋混凝土剪力墙结构进行了时程分析考虑了基础铅芯叠层橡胶隔震垫的弹塑性特性和粘滞阻尼分析了结构在地震波作用下的动力响应计算结果表明隔震结构的顶层加速度峰值、层间位移角、层间剪力等均大大降低隔震性能良好为高层建筑中推广应用基础隔震技术提供了理论依据。1．引言地震和风给人们带来了严重的灾害。采取经济、高效、可靠的措施减小地震和风荷载造成的损失已经成为科学家和工程师关注的问题。传统的结构抗震和抗风设计方法是利用结构自身的能力来耗散振动能量如加大构件的截面尺寸或提高材料的强度等级等。这种方法既不经济又存在较大的问题。建筑结构振动控制技术将从根本上解决这一问题。基础隔震技术是目前工程中应用最多的一种减震控制技术由于其造价低易于实施减震效果好越来越受到人们的重视。国内外很多学者对混凝土基础隔震结构做了大量细致而深入的工作并且也建成了许多隔震建筑提出了许多关于隔震结构的理论及设计方法。2．计算模型及参数本文采用高层建筑三维有限元分析软件ETABS对设置与不设置橡胶隔震垫的某高层建筑钢筋混凝土剪力墙结构进行了地震反应分析。该高层建筑地面以上25层高度约81m.上部结构为剪力墙结构采用现浇钢筋混凝土。梁、楼板、剪力墙的几何尺寸及混凝土的强度等级逐层变化。顶层上建有塔楼而一二层设有裙房。建筑场地类别为Ⅲ类Tg=0.45s抗震设防烈度为7度设计基本加速度为0.10g设计地震分组为第一组。本工程所属地区50年一遇的基本风压wo=0.50kN/㎡（用于高度为60m以下建筑结构计算和高度超过60m的高层建筑结构水平位移控制）100年一遇的基本风压wo=0.60kN/㎡（用于高度超过60m的高层建筑结构承载力计算）。地面粗糙度C类风荷载体形系数μs=1.3本文选择目前国际上用的较多的El-Centro波（适合Ⅱ、Ⅲ类）、Taft波（适合Ⅱ、Ⅲ类）以及人工模拟地震波（适合Ⅲ类）进行时程分析。将波的最大幅值分别调至相当于7度多遇地震下的加速度峰值35gal.选取等时间步长0.02s总持续时间为15s.考虑双向水平地震作用根据规范地震波按加速度峰值1（X方向）：0.85（Y方向）的比例输入并与风荷载分别进行内力与位移的线性组合：（1）位移组合：1.0G±1.0E±0.20W（2）内力组合：1.2G±1.3E±0.28W其中G是重力荷载标准值；E为地震作用荷载；W为风荷载。3．多遇地震作用下时程分析结果由计算可知框架柱最大轴向力为2132kN小于隔震垫设计最大竖向承载力2800kN；罕遇地震下隔震层最大水平侧移194mm小于隔震垫设计最大水平位移300mm因此隔震垫设计合理。在多遇地震波作用下结构顶层加速度时程各层层间位移角隔震结构与非隔震结构的层间剪力。可以看出多遇地震时隔震结构顶层的最大加速度为36gal仅为非隔震结构的40%.从可知多遇地震时隔震结构的第1层侧移远大于非隔震结构第1层侧移。原因在于结构隔震层水平刚度远小于第1层水平刚度通过橡胶垫的集中大变形将地震能量隔离使地震能量不向上部结构传输或少传输。可知多遇地震时隔震结构基底剪力为4608kN为非隔震结构基底剪力的70%.4．结论本文通过基础隔震高层钢筋混凝土剪力墙结构的有限元时程分析得出以下结论：（1）基础隔震体系设置柔性的隔震支座从而降低了结构的水平刚度使结构的自振周期增大了近50%从而避开地震主要携能频带因此也就降低了结构的水平地震作用。（2）从结构的加速度反应看在水平地震波作用下隔震结构的加速度反应明显小于非隔震结构的加速度反应。（3）隔震结构的层间位移比非隔震结构大大减小隔震结构的楼层位移变形主要集中在隔震层上部结构各层间水平位移几乎为零其振型为“整体平动型”。（4）从最大层间剪力的反应来看隔震结构的最大层间剪力仅为非隔震结构的30%.因此隔震层上部的结构可以按降低地震设防烈度一度考虑。