1     工程概況

項(xiàng)目為昆明市西山區(qū)?？谄瑓^(qū)棚戶區(qū)改造的天湖景秀和天湖瑅灣小區(qū)，總建筑面積為37.5萬m²，地下2層（含非機(jī)動(dòng)車夾層），地上由15棟住宅塔樓與若干獨(dú)立商業(yè)組成，天湖景秀小區(qū)建筑效果圖與其百米高塔樓結(jié)構(gòu)模型見圖1和圖2。

圖1   天湖景秀小區(qū)建筑效果圖

圖2   32層塔樓計(jì)算模型

15棟塔樓中有9棟地上26層，1棟塔樓地上27層，2棟塔樓地上31層，3棟塔樓地上32層，均為剪力墻結(jié)構(gòu)，并采用基礎(chǔ)隔震技術(shù)，隔震層設(shè)置在3.2m層高的非機(jī)動(dòng)車夾層。本文以32層塔樓（圖3）為例進(jìn)行分析，此塔樓屋面高度為93.07m，最大高寬比為3.85，最大建筑總高99.75m，為目前國(guó)內(nèi)最高隔震建筑。

此塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。建筑抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為8度，基本地震加速度為0.20g（第三組），場(chǎng)地類別為Ⅱ類，場(chǎng)地特征周期為0.45s，多遇地震時(shí)阻尼比為0.05?；撅L(fēng)壓取0.33kN/m²，地面粗糙度類別為B類。

圖3   建筑剖面圖

2     結(jié)構(gòu)布置

結(jié)構(gòu)平面為矩形，外軸線尺寸為24m×28m，標(biāo)準(zhǔn)層建筑平面見圖4?；炷翉?qiáng)度等級(jí)：剪力墻從下到上為C50~C30，下支墩為C50，上支墩與隔震頂蓋為C45，標(biāo)準(zhǔn)層樓蓋為C30。剪力墻厚度：首層為300mm，標(biāo)準(zhǔn)層為250~200mm。支墩采用型鋼混凝土，其截面為1400mm×1400mm，型鋼截面為十字形的雙H800×220×18×18(Q345B)。隔震層轉(zhuǎn)換梁為型鋼混凝土梁，截面為900mm×1200mm，內(nèi)置型鋼截面為H900×200×16×16(Q345B)。樓板厚度：隔震層頂板為180mm，標(biāo)準(zhǔn)層為100mm，屋面為120mm。

圖4   標(biāo)準(zhǔn)層建筑平面圖

3      結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析

3.1   設(shè)計(jì)性能目標(biāo)

結(jié)構(gòu)各部分具體性能目標(biāo)見表1。

3.2   隔震支座布置

該塔樓布置鉛鋅橡膠支座（LRB）和天然橡膠支座（LNR）共26個(gè)（圖5），直徑為1000~1200mm。其中，LRB1000與LRB1100各6個(gè)，LRB1200為8個(gè)，LNR1000為2個(gè)，LNR1100為4個(gè)。

圖5    隔震支座布置平面圖

3.3   隔震分析

3.3.1  計(jì)算模型

計(jì)算隔震結(jié)構(gòu)在剪切變形100%時(shí)的動(dòng)力特性，隔震前、后結(jié)構(gòu)的前3階振型周期見表2。

3.3.2  時(shí)程分析

（1）時(shí)程函數(shù)輸入

根據(jù)抗規(guī)選取了5條天然波（IMP，N2615，N2893，N746，TAF波）和2條人工波（REN1，REN2波），對(duì)比7條地震波和規(guī)范反應(yīng)譜曲線（圖6）可得，7條地震波的峰值加速度、有效持續(xù)時(shí)間都可較好地滿足抗規(guī)要求。

圖6  時(shí)程反應(yīng)譜與規(guī)范反應(yīng)譜曲線

（2）水平減震系數(shù)

由中震下非線性時(shí)程分析可得，結(jié)構(gòu)隔震前后的X向?qū)娱g剪力和傾覆力矩的比值及平均比值見圖7。取結(jié)構(gòu)兩個(gè)方向兩者平均比值的最大值作為水平向減震系數(shù)，其值為0.368，因此，隔震結(jié)構(gòu)具有良好的減震效果。

圖7   隔震前、后結(jié)構(gòu)X向?qū)娱g剪力及傾覆力矩的比值

（3）其他主要成果

中震作用下僅下部有部分連梁屈服，大震作用下部分連梁屈服且底部少量墻肢屈服；上部結(jié)構(gòu)最大層間位移角為：中震時(shí)1/893，大震時(shí)1/537，滿足性能設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.3.3  隔震計(jì)算主要控制性指標(biāo)

（1）隔震系統(tǒng)偏心率

隔震系統(tǒng)的偏心率為：X向0.11%，Y向0.27%，上部結(jié)構(gòu)質(zhì)心與隔震層剛心基本重合。

（2）樓層最小剪力系數(shù)

上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，隔震后水平地震影響系數(shù)最大值α_max1實(shí)際取0.08，計(jì)算的樓層剪力系數(shù)最小值為：X向2.44%，Y向2.48%；隔震后結(jié)構(gòu)基本周期為4.673s，介于3.5~5.0s之間，按8度抗規(guī)要求的最小樓層剪力系數(shù)為2.574%，故兩方向計(jì)算值均小于抗規(guī)的限值2.574%，且不滿足的樓層為底部2層（占總樓層數(shù)的7%），通過全樓地震作用放大系數(shù)取1.06重新計(jì)算，調(diào)整后結(jié)構(gòu)兩方向最小樓層剪力系數(shù)分別為2.586%與2.629%，可滿足抗規(guī)要求。

（3）支座應(yīng)力與變形驗(yàn)算

大震組合下支座最大壓應(yīng)力、最大拉應(yīng)力分別見圖8、9。均滿足相關(guān)要求。

（4）抗風(fēng)驗(yàn)算

根據(jù)《疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程》（CECS 126：2001）第4.3.4條的規(guī)定，對(duì)抗風(fēng)裝置進(jìn)行驗(yàn)算，其結(jié)果為：風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值為3400kN，小于各鉛芯支座的屈服力之和6100kN，滿足要求。

3.4   隔震構(gòu)造

（1）隔震層房屋周邊設(shè)置水平隔震溝，溝寬及所有穿越隔震層的構(gòu)件和設(shè)備管線的防碰撞寬度按不小于罕遇地震時(shí)最大水平位移的1.2倍，取600mm。

（2）上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)之間（如隔墻、通風(fēng)井等）設(shè)置了完全貫通的水平隔離縫，縫高20mm，用柔性材料填充。隔震層及以下的樓梯、電梯設(shè)置分縫、隔離井，防止碰撞。

（3）設(shè)備各專業(yè)的隔震構(gòu)造原則按《建筑結(jié)構(gòu)隔震構(gòu)造詳圖》（03SG610-1）設(shè)計(jì)，并針對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行專門的構(gòu)造設(shè)計(jì)。

（4）按建筑防火要求，采用外包防火板做法，隔震支座的耐火時(shí)限滿足要求，且其構(gòu)造做法不得限制和影響隔震支座在地震時(shí)的自由變形。

（5）應(yīng)定期觀察隔震支座的變形及外觀，經(jīng)常檢查和清除可能限制隔震位移的障礙物，且地震后應(yīng)及時(shí)檢查或修復(fù)。

4      結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題

4.1   減震效果與結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性

采用3種大直徑支座，LRB與LNR混合布置，LRB支座布置在抗扭有利位置，并控制隔震層偏心率。

采用隔震技術(shù)獲得了良好的整體經(jīng)濟(jì)性，直接建設(shè)成本增加約27元/m²，但計(jì)入地下室增加車位的因素后實(shí)際建造成本可與非隔震方案基本持平；而隔震建筑可對(duì)主體結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)及人員財(cái)產(chǎn)實(shí)現(xiàn)三重保護(hù)，并且對(duì)超烈度地震作用也具有較好的適應(yīng)性，從根本上避免或大大降低了中、大震下的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。

4.2   下部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)構(gòu)件設(shè)計(jì)

隔震層頂蓋按上部結(jié)構(gòu)整體計(jì)算，基礎(chǔ)抗震驗(yàn)算仍按本地區(qū)設(shè)防烈度確定。下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，通過對(duì)不同構(gòu)件采用相應(yīng)水準(zhǔn)的地震內(nèi)力組合進(jìn)行計(jì)算控制，確保達(dá)到抗規(guī)和性能目標(biāo)的要求。

4.3   支座更換設(shè)計(jì)

由于房屋高度大，單個(gè)隔震支座軸力很大，房屋建設(shè)、使用過程中或遭受大地震時(shí)可能出現(xiàn)支座更換，因此需要進(jìn)行更換支座（圖10）模擬驗(yàn)算和設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)更換支座的方案為：1）在地下室隔震支墩端柱外設(shè)置鋼筋混凝土寬厚剪力墻翼墻，作為支座更換時(shí)的下承重構(gòu)件；2）利用隔震層頂蓋的型鋼混凝土梁作為支座更換時(shí)的上承重構(gòu)件；3）隔震層在需要更換的支座附近，在上承重型鋼混凝土梁與下承重墻之間設(shè)置千斤頂組，千斤頂上下可設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)或混凝土臨時(shí)墊塊，千斤頂頂升承重后即可更換隔震支座；4）上承重型鋼混凝土梁承載力（抗彎4600kN·m，抗剪6135kN）可滿足要求，下承重剪力墻承載力可滿足要求，基礎(chǔ)因荷載未增加、更換時(shí)間短且分布變化較小也滿足要求；5）具體隔震裝置的更換細(xì)節(jié)方案，需協(xié)同制作、安裝、維護(hù)等各方進(jìn)行施工專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

圖10   隔震支座更換裝配示意圖