第３６卷第１期　２０１４年３月　南昌大学学报（工科版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎａｎｅｈａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　Ｖｏｌ＿３６　Ｎｏ．１　

Ｍａｒ．２０１４　

文章编号：１００６—０４５６（２０１４）Ｏ１—００２３—０４　

隔震层位置对大底盘结构的地震响应影响分析　江栋恒　（厦门市杏林建设开发公司，福建厦门３６１０００）　

摘要：为研究隔震层的设置位置对大底盘单塔楼隔震结构的地震响应的影响，以一底盘为３层、塔楼为８层的　隔震结构模型为背景，分别将隔震层设置在基础、底盘１层和３层柱顶、塔楼１层柱底和柱顶，由此建立５个隔震结　构模型，采用时程分析法，对比结构在地震作用下的响应。结果表明：相对于抗震结构，５种隔震结构地震响应都有　显著的降低，随着隔震层位置的升高，层间隔震结构隔震效果逐渐降低；与隔震层直接相连的下支墩独立柱的层间　位移都出现放大的现象；大底盘隔震结构首层的层问位移都出现不同程度的放大现象。　关键词：隔震层位置；地震响应；时程分析；大底盘结构　中图分类号：ＴＵ３５２．１　文献标志码：Ａ　

Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｉｓｏｌａｔｅｄ　ｌａｙｅｒ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｎ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗｉｔｈ　ｌａｒｇｅ　ｃｈａｓｓｉｓ　

ＪＩＡＮＧ　Ｄｏｎｇｈｅｎｇ　（Ｔｈｅ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｏｆ　Ｘｉａｍｅｎ，Ｘｉａｍｅｎ　３６１０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｏｆ　ｉｓｏｌａｔｅｄ　ｌａｙｅｒ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃ－　ｔｕｒｅ　ｗｉｔｈ　ｓｉｎｇｌｅ　ｔｏｗｅｒ．Ｔａｋｉｎｇ　ａ　３　ｌａｙｅｒ　ｃｈａｓｓｉｓ，８　ｌａｙｅｒ　ｔｏｗｅｒ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｓ　ｔｈｅ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｅ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｌａｙｅｒ　ｗａｓ　ａｒｒａｎｇｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｅ，ｔｈｅ　ｔｏｐ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｌｕｍｎ　ｏｆ　ｆｉｒｓｔ（ｔｈｉｒｄ）ｌａｙｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｈａｓｓｉｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｏｐ（ｂｏｔｔｏｍ）ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｌｕｍｎ　ｏｆ　ｆｉｒｓｔ　ｌａｙｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｏｗｅｒ．Ａｎｄ　５　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｍｏｄｅｌｓ　ｗｅｒｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｔｉｍｅ—ｈｉｓｔｏ—　ｒｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ　ｗｅｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　５　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｂａｓｅ　ｉｓｏｌａｔｅｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗｅｒｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｌａｙｅｒ，ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ　ｉｓｏｌａｔｅｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｇｒａｄｕａｌｌｙ　ｒｅｄｕｃｅｄ．Ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ　ｄｉｓ—　ｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ｃｏｌｕｍｎｐｉｅｒ　ｗｈｉｃｈ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｌａｙｅｒ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ　ｄｉｓ－　ｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｌａｙｅｒ　ｏｆ　ｂａｓｅ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｐｐｅａｒｅｄ　ａｍｐｌｉａｔｉｖｅ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｄｅｇｒｅｅ，ｗｈｉｃｈ　ｎｅｅｄｅｄ　ｅｓｐｅｃｉａｌ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｌａｙｅｒ；ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ；ｔｉｍｅ　ｈｉｓｔｏｒｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｌａｒｇｅ　ｃｈａｓｓｉｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　

隔震结构是通过设置水平刚度较小的隔震层来　减少输入上部结构的水平地震作用　。目前我国　建成的隔震建筑已超千栋　Ｊ，随着隔震技术的发展　和成熟，大底盘单塔楼和多塔楼结构也开始采用隔　震技术。例如北京的通惠家园，底盘为２层的框架　结构，上部结构为７—９层框架结构，在第２层框架　顶部设置隔震层　－４　Ｊ。针对大底盘隔震体系，国内　外学者进行了相关的理论研究，例如徐忠根等　ｊ、　贾洪等　依据北京通惠家园，对层间隔震体系进行　了模拟振动台试验、动力反应分析和结构的动力特　性实测等相关的研究。李慧等　针对大底盘隔震　体系，采用集中质量多自由度模型，进行了地震作用　下结构的动力分析。祁皑等　建立了层间隔震结　构动力分析模型，对层间隔震结构地震反应的主要　影响系数进行了分析。吴应雄等　以首层为薄弱　层的某５层框架结构为背景，建立了结构动力计算　模型并进行了时程分析，着重分析了下部结构体系　的受力以及抗震设计。Ｄａｎｇ等　Ｊ、Ｐｅｔｔｉ等　针对不　

收稿日期：２０１３—０９—２０。　基金项目：福建省住房和城乡建设厅科技研究开发项目（２０１０Ｋ０５）。　作者简介：江栋恒（１９７０一），男，高级工程师，ｄｈｊｉａｎｇ＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｎ。　引文格式：江栋恒．隔震层位置对大底盘结构的地震响应影响分析［Ｊ］．南昌大学学报：工科版，２０１４，３６（１）：２３—２６，４５　・２４・　南昌大学学报（工科版）　对称的大底盘多塔楼隔震结构进行地震响应分析。　上述文献主要集中在层间隔震的工程应用、数　值模拟以及模型试验研究，但对于本文所讨论的隔　震层设置位置对大底盘单塔楼隔震结构地震响应的　影响，目前的研究和讨论还较少。因此，本文以一底　盘为３层，塔楼为８层的隔震结构为背景，分别将隔　震层设置在基础、底盘１层柱顶、底盘３层柱顶、塔　楼１层柱底及塔楼１层柱顶，建立５个隔震结构模　型，采用时程分析法对比结构在地震作用下的响应，　充分的讨论隔震层的设置位置对大底盘单塔楼隔震　结构地震响应的影响，为类似工程背景的隔震结构　的设计提供指导。　

１分析模型建立　１．１有限元模型建立　该大底盘单塔楼结构为框架剪力墙结构，梁板　楼盖体系，底盘和塔楼的平面均为矩形，主要轴网距　离为７　８００　ｍｍ，梁、柱主要截面尺寸分别３００　ｍｍ×　８００　ｍｍ和８００　ｍｍ×８００　ｍｍ，隔震层顶板厚１８０　ｍｍ，其他楼板厚１２０　ｍｍ，剪力墙厚３００　ｍｍ，建筑为　丙类建筑，设防烈度８度，设计基本地震加速度为　０．２ｇ，设计地震分组第２组，场地类别为Ⅱ类，场地　特征周期为０．４　Ｓ。　采用国际通用有限元分析软件ＥＴＡＢＳ建立结　构模型，分析模型包括了隔震层和上部结构的主要　结构信息，框架梁、柱和楼板分别采用空问杆系单元　和膜单元模拟，隔震支座采用Ｅｔａｂｓ软件自带的Ｉｓｏｌａ—　ｔｏｒｌ连接单元模拟，通过定义Ｉｓｏｌａｔｏｒｌ的Ｕ：和Ｕ，方　向的线性属性和非线性属性来模拟橡胶隔震支座水　平向的力学性能。线性时程分析考虑的是Ｉｓｏｌａｔｏｒｌ　的线性属性。非线性时程分析考虑的是Ｉｓｏｌａｔｏｒｌ的　非线性属性。若隔震支座的２个剪切变形自由度均　为非线性，耦合的力一变形关系由式（１）确定。　『‘　：ｒａｔｉｏ２・ｋ２ｄ以＋（１一ｒａｔｉｏ２）ｙｉｅｌｄ２。　２　：ｒａｔｉｏ３・ｋ３ｄ以＋（１一ｒａｔｉｏ３）ｙｉｅｌｄ３。ｚ３　（１）　式中：　和ｋ，分别为ｕ：和ｕ，方向屈服前刚度；　ｙｉｅｌｄ　和ｙｉｅｌｄ３分别为Ｕ　和ｕ３方向的屈服力；ｒａｔｉｏ：　和ｒａｔｉｏ　分别为ｕ　和ｕ，方向屈服后刚度比；ｚ　、　分　别为ｕ　和ｕ，方向的修正系数，屈服面由￣／　＋ｚ；　＝１表示。表１给出了隔震支座型号及参数，图１给　出了结构的有限元分析模型。在５个隔震分析模型　中，柱顶隔震均为不带拉梁的独立柱与隔震支座　相连。　

图１有限元分析模型　Ｆｉｇ．１　Ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　

表１　隔震支座型号及参数　Ｔａｂ．１　Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｂｅａｒｉｎｇｓ　

注：ｒ为剪应变，橡胶剪切模量Ｇ＝０．４６　Ｎ・Ｆｉｌｍ～。　１．２地震波选取和地震作用　选取适合于Ⅱ类场地土的２组实测地震波Ｅ１　Ｃｅｎｔｒｏ波、Ｔａｆｔ波和１组人工波。地震作用沿　向　和ｙ向分别输入上述３组波，双向输入的地震波记　录按Ｘ：Ｙ的比例为１：０．８５。　

２地震反应动力时程分析　２．１模态分析　结构在中震作用下，取隔震支座１００％剪应变　所对应的等效水平刚度和等效阻尼比。对１个抗震　结构和５种隔震结构方案进行模态分析，表２给出　了模态分析结果。　

表２抗震结构与隔震结构基本周期　Ｔａｂ．２　Ｂａｓｉｃ　ｐｅｒｉｏｄｓ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　Ｓ　

由表２得，在中震及大震作用下，５种隔震结构　较抗震结构的基本周期都有了不同程度的延长，对　比抗震结构和基础隔震结构、１层柱顶隔震结构，随　着隔震层的上移，结构的周期减小；塔楼１层柱底和　第１期　江栋恒：隔震层位置对大底盘结构的地震响应影响分析　柱顶隔震结构的周期较１层和３层大。　２．２上部结构地震响应分析　在８度（０．２０ｇ）设防地震作用下，进行了抗震　和５种隔震结构模型的动力时程分析，得出３条地　震波作用下的各层层间剪力和层间位移值，图２和　图３给出了中震作用下各个结构模型在３条地震波　作用下的各层层问剪力计算平均值和平均减震率，　图４和图５给出了大震下各个结构模型在３条地震　波作用下的平均位移响应及其平均减震率，图６给　出了中震下各结构顶层绝对加速度时程曲线。其中　层问剪力（位移）减震率为抗震结构与隔震结构最　大水平剪力（位移）之差与抗震结构最大水平剪力　（位移）的比值。　啮　楼层剪力／ｋＮ　图２中震作用下结构楼层剪力　Ｆｉｇ．２　Ｓｔｏｒｙ　ｓｈｅａｒ　ｆｏｒｃｅｓ　ｕｎｄｅｒ　ｆｏｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　喽　耧　层问剪力减震率／％　图３中震作用下结构层间剪力减震率　Ｆｉｇ．３　Ｓｔｏｒｙ　ｓｈｅａｒ　ｆｏｒｃｅｓ　ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ｒａｔｉｏ　由图２可得：１）随着隔震层位置的升高，层间　隔震结构隔震效果逐渐降低；２）对于基础隔震结构　以及１层柱顶结构的楼层剪力较平稳，各层剪力变　化不大；而对于３层柱顶隔震、塔楼柱底及塔楼柱顶　隔震结构，隔震层上部结构的层间剪力变化也较平　稳，但是隔震层下部结构的楼层剪力增大的较快，部　分原因是由于大底盘的质量及楼层侧向刚度较上部　结构大，承受较多的剪力，另一部分的原因是隔震层　上部结构对下部结构的约束以及隔震层刚度突变对　下部结构剪力放大的影响。