作者：杨荔 尹德鹏 马云琼
单位：云南省建筑工程设计院有限公司
一
项目信息
项目名称：门诊医技住院综合楼
项目地点：云南省大理白族自治州某医院
项目设计单位：云南省建筑工程设计院有限公司
项目概况：建筑结构安全等级一级，项目设置隔震层1层（层高2.6m）、地下1层地上10层，结构高度43.5m，混凝土框架-剪力墙结构体系，隔震层采用隔震橡胶支座；同时项目存在扭转不规则、楼板不连续、竖向收进等超限项。
抗震设防信息：抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度峰值为0.2g，设计地震分组第三组，Ⅱ类场地，场地特征周期0.45s，重点设防类。拟建场地10km范围内无发震断层分布，不考虑近场影响；但项目处于《抗规》4.1.8条所列边坡不利地段，项目考虑边坡地震作用放大系数1.2。
减隔震技术应用要求：根据《建设工程抗震管理条例》（国令第744号）和云南省政府令第202号《云南省隔震减震建筑工程促进规定》要求，本项目为医院建筑且属于灾后重建项目，选择隔震技术方案；同时本项目按《建筑隔震设计标准》GB/T 51408-2021（以下简称“隔标”）中设防地震水准设计，保证设防地震时满足正常使用要求。
减隔震设计软件应用：项目采用PKPM-GZ V6和ETABS软件；采用了复振型分解反应谱法、弹性(弹塑性)时程分析法。
项目进度：本项目于2021年年通过了云南省当地减隔震及超限高层建筑工程抗震设防专项审查，当时未执行现行通用系列规范，目前主体结构施工已完成封顶。
图1 项目鸟瞰图
图2 项目效果图
图3 项目现场图
二
项目设计依据
本工程设计所依据的国家规范、规程和标准如下：
1) 《建设工程抗震管理条例》（国令第744号）
2) 《建筑结构可靠性设计统一标准》（GB50068-2018）
3) 《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）
4) 《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）
5) 《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）2015年版
6) 《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）
7) 《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）2016年版
8) 《建筑隔震设计标准》（GB/T51408-2021）
9) 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
10) 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）
11) 《建筑工程抗浮技术标准》 （JGJ 476-2019）
12) 《人民防空地下室设计规范》（GB 50038-2005）
13) 《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）
14) 《建筑结构隔震构造详图》(03SG610-1)
15) 《建筑结构隔震构造详图》(滇20G9-1)
16) 《叠层橡胶支座隔震技术规程》（CECS126-2001）
17) 《建筑工程设计文件编制深度规定》（2016年版）
18) 《云南省隔震减震建筑工程促进规定》（省政府令第202号）
19) 《云南省建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(试行)云建震〔2020〕178号
三
项目设计流程
本工程上部结构计算采用PKPM-GZ V6系列软件进行设防地震作用下结构的整体分析，同时使用大型有限元软件ETABS进行罕遇地震弹塑性补充计算与分析。隔震设计采用采用了复振型分解反应谱法、弹性(弹塑性)时程分析法，地震波加速度时程按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010) 2016年版第5.1.2条规定选取。隔震支座参数根据生产厂家实验数据确定。
本工程执行《建筑隔震设计标准》（GB/T51408-2021）“一体化”设计的思路和方法，主要设计流程如下：
1) 按《建筑抗震设计规范》方式，采用柱底点铰模型，预估减震目标，β/φ预估0.35~0.4，初步按中震αmax=0.216进行初步试算，并控制该模型位移角、周期比等指标满足规范要求。
2) 根据以上模型导入Etabs进行隔震垫布置，且隔震支座满足规范、规程的要求。
3) 将隔震垫布置带入PKPM-GZ模型，采用《隔震设计标准》CCQC+迭代的计算方式进行整体分析。
4) 将ETABS结果、PKPM整体模型的结果进行对比分析，控制各项指标满足规范要求，施工图以PKPM整体模型进行后续施工图配筋设计。
四
结构超限判别与加强措施
4.1
高度超限判别
现浇混凝土结构高层建筑高度限值：
高度限值 | 8度 0.2g | 综合楼 | 满足 |
框架-抗震墙结构 | 120m | 42.9m |
4.2
不规则类别判别（云南）
根据《云南省建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(试行)对规则性超限的界定采用评分制，各种不规则类型的评分详见下表，累计评分不小于3分的高层建筑工程属于规则性超限的高层建筑，不论高度是否大于上表限值。
同时根据全国《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，本门诊医技住院综合楼也属于特别不规则的超限高层建筑，本案例由于篇幅原因从简未列出。
不规则类型 | 程度与注释（规范限制） | 评分 | 本工程情况 | |
1a | 扭转不规则 | 考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件的位移比大于1.2（超过10%裙房以上总层数） | 1 | 1（隔震后0） |
扭转偏大 | 裙房以上的较多楼层考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.4（超过10%裙房以上总层数） | 2 | 0 | |
1b | 偏心布置 | 同一楼层偏心率大于0.15或相邻层质心相差大于相应边长的15% | 1 | 0 |
2 | 抗扭刚度弱 | 扭转周期比大于0.9，超过A级高度的高层建筑结构和混合结构扭转周期比大于0.85 | 2 | 0 |
3a | 凹凸不规则，平面狭长 | 平面凹凸尺寸大于相应边长30%（35%）；平面狭长等 | 1 | 1(平面狭长) |
3b | 组合平面 | 细腰形或角部重叠形 | 1 | 0 |
细腰形或角部重叠形的连接较少 | 2 | 0 | ||
4 | 楼板不连续 | 有效宽度小于50%，开洞面积大于30%，开洞后在任一方向的有效楼板宽度之和小于5m（个别楼层时属于局部不规则） | 1 | 1 |
除框架体系外，有效宽度小于30%，开洞面积大于50%，且该类楼层数大于楼层总数的20% | 2 | 2 | ||
5a | 刚度突变 | 相邻层刚度变化大于70%(按高规考虑层高修正时，数值相应调整)或连续三层变化大于80% | 1 | 0 |
层刚度偏小 | 本层侧向刚度小于相邻上层的50% | 2 | 0 | |
5b | 尺寸突变 | 竖向构件收进高于结构高度的20%且收进后小于原尺寸75%，或外挑大于10%和4米，多塔 | 1 | 1 |
塔楼偏置 | 单塔或多塔与大底盘的质心偏心距大于底盘相应边长20% | 2 | 2 | |
6 | 构件间断 | 除转换层、加强层和连体以外，竖向抗侧力构件（上下墙、柱、支撑）不连续 | 1 | 0 |
7 | 高宽比偏大 | 结构高宽比超过规范、规程适用的高宽比30% | 1 | 0 |
结构高宽比超过规范、规程适用的高宽比40% | 2 | 0 | ||
结构高宽比超过规范、规程适用的高宽比40% | 3 | 0 | ||
8 | 承载力突变 | 相邻层受剪承载力变化大于80% | 1 | 0 |
A级高度层受剪承载力小于相邻上层的65%（B级高度75%） | 2 | 0 | ||
9 | 错层 | 楼板错层且错层面积大于该层总面积的30%，且该类楼层数大于楼层总数的10% | 1 | 0 |
各部分层数、刚度、布置不同的错层；多数楼层前后、左右错层 | 3 | 0 | ||
10 | 夹层 | 夹层（有效楼板面积超过10%且不超过35%），且该类楼层数大于楼层总数的10% | 1 | 0 |
11 | 连体 | 连体结构（不含采用滑动连接且对连接塔楼影响小的连体） | 1 | 0 |
滑动连接体对于支撑连接体的主体结构的抗震性能会产生明显影响 | 1 | 0 | ||
连体两端塔楼高度、体型或沿大底盘某个主轴方向的振动周期显著不同的结构 | 3 | 0 | ||
12 | 加强层 | 含加强层的结构（黏滞阻尼器悬臂桁架不属于加强层） | 1 | 0 |
13 | 转换层 | 含转换层的结构（不落地竖向构件的截面面积大于该方向竖向构件总截面面积的10%） | 1 | 0 |
转换构件较多的结构（框支框架承担的地震倾覆力矩不小于结构总地震倾覆力矩的50%） | 2 | 0 | ||
高位转换 | 框支墙体的转换构件位置：7度超过5层，8度超过3层 | 3 | 0 | |
厚板转换 | 7~9度设防的厚板转换结构 | 3 | 0 | |
14 | 掉层、吊脚 | 存在掉层或吊脚，且高度超过一个楼层或者3m | 1 | 0 |
掉层、吊脚高度较大 | 2 | 0 | ||
15 | 局部不规则 | 已计入上述各不规则项除外，如局部的穿层柱、斜柱、夹层、个别构件错层或转换，或个别楼层扭转位移比略大于1.2，个别楼层的楼板不连续等 | 0.5 | 0 |
细腰形判断：L=8.400m，,B1=11.900m, Bmax=20.450m，L/Bmax=41%＞30%，B1/Bmax=58%＞50%，不属于细腰行平面。
结论：本项目各种不规则类型的累计评分为5分，属于超限高层建筑。
4.3
超限加强措施
4.3.1 偏心布置、塔楼偏置
相邻层质心偏心率=偏竖向收进位置上层塔楼偏心距/下层底盘相应边长=14.54m/52.70m=27.6%。
针对塔楼偏置、尺寸突变的不规则情况，采取如下抗震加强措施：
①体型收进部位的上下两层（含收进层）塔楼周边竖向构件的抗震等级提高一级。
②适当提高收进部位以下2层周边竖向构件的配筋率。
③塔楼与裙房相连的外围剪力墙，从固定端至裙房屋面上一层高度范围内，设置约束边缘构件。
④裙楼收进上下楼层收进部位周边竖向构件、周边框架梁构件采用性能化设计，执行中震抗剪弹性、抗弯不屈的性能化要求。
图4 9.900~19.500裙房抗震等级提高一级示意图
4.3.2 楼板不连续
针对楼板不连续，采取如下抗震加强措施：
①加大弱连接区域楼板板厚，配筋双层双向，提高其配筋率；
②适当加大该区域内竖向构件、梁的配筋率，加大梁截面，提高该区域内结构构件的刚度强度。并提高弱连接板区域内梁柱性能目标，详后。
③针对尺寸突变，采取如下抗震措施：竖向收进部位楼层（五层19.500m、九层35.100m）楼板厚度为150mm，并加大五层收进位置交接处开洞周边楼板板厚加大为160mm；收进部位上下层楼板最小厚度为130mm，配筋双层双向拉通配置，每层每方向钢筋网的最小配筋率0.25%。收进位置开洞周边Y方向框架梁定义为重要水平构件。
图5 五层结构平面示意图
4.3.3 扭转不规则
①周期比控制在0.90以下，降低结构的扭转效应；
②适当加强端部竖向构件、框架梁纵向配筋。并在计算模型中考虑双向地震作用、偶然偏心地震作用、考虑斜交方向地震作用。
五
隔震设计
5.1
设计基本参数
参数名称 | 参数值 | 参数名称 | 参数值 |
结构设计基准期 | 50年 | 结构设计使用年限 | 50年 |
结构设计耐久性 | 50年 | 隔震支座设计使用年限 | 50年 |
抗震设防类别 | 乙类 | 抗震设防烈度 | 8度 |
设计基本地震加速度 | 0.2g | 设计地震分组 | 第三组 |
场地类别 | Ⅱ类 | 特征周期Tg | 0.45s |
设防地震作用等效αmax | 1.2x0.45=0.54 | 罕遇地震作用等效αmax | 1.2x0.9=1.08 |
弹性分析阻尼比 | 5% | 周期折减系数 | 1 |
建筑结构安全等级 | 一级 | 结构重要性系数 | 1.1 |
5.2
隔震支座选型与布置方案
本工程采用的铅芯橡胶隔震支座和天然橡胶隔震支座，在选择其直径、个数和平面布置时，考虑如下基本原则：
① 根据《建筑隔震设计标准》GB/T 51408-2021第4.6.3条第5款规定，同一隔震层内，各个橡胶隔震支座的竖向压应力宜均匀，且竖向压应力不应超过甲、乙、丙类建筑的限值10、12、15MPa。
② 根据《建筑隔震设计标准》GB/T 51408-2021第6.2.1条第3款表6.2.1-1及6.2.1-4规定：在罕遇地震作用下，乙类建筑隔震支座不宜出现拉应力，当少数隔震支座出现拉应力时，其拉应力不应大于1MPa；压应力不超:25MPa。
③ 根据《建筑隔震设计标准》GB/T 51408-2021第4.6.6条第1款规定：隔震支座的罕遇地震作用下的水平变位不应大于其有效直径的0.55倍和各橡胶层总厚度3倍二者的较小值。
④ 满足偏心率和水平恢复力等要求。
⑤ 铅芯隔震支座尽可能布置在周边。
本工程共使用了132个支座，各支座类型、数量及力学性能详见下表。隔震支座平面布置见下图。
类别 | 符号 | 单位 | LRB800-II | LRB1000-II | LRB1100-II |
使用数量 | N | 套 | 24 | 37 | 10 |
第一形状系数 | S1 | 单位 | ≥20 | ≥20 | ≥20 |
第二形状系数 | S2 | 单位 | ≥5 | ≥5 | ≥5 |
竖向刚度 | Kv | kN/mm | 3000 | 4300 | 4600 |
等效水平刚度 | Keq | kN/mm | 2.39 | 3.19 | 3.43 |
(剪应变) | -100% | -100% | -100% | ||
屈服前刚度 | Ku | kN/mm | 21.71 | 27.04 | 29.77 |
屈服后刚度 | Kd | kN/mm | 1.67 | 2.08 | 2.29 |
屈服力 | Qd | kN | 106 | 203 | 227 |
橡胶层总厚度 | Tr | mm | ≥149 | ≥186 | ≥204 |
支座总高度 | H | mm | 302 | 390 | 434.5 |
表1 铅芯橡胶隔震支座力学性能参数
类别 | 符号 | 单位 | LNR800-II | LNR1000-II |
使用数量 | N | 套 | 35 | 26 |
第一形状系数 | S1 | 单位 | ≥20 | ≥20 |
第二形状系数 | S2 | 单位 | ≥5 | ≥5 |
竖向刚度 | Kv | kN/mm | 2700 | 3300 |
等效水平刚度 | Kh | kN/mm | 1.33 | 1.51 |
(剪应变100%) | -100% | -100% | ||
橡胶层总厚度 | Tr | mm | ≥149 | ≥186 |
支座总高度 | H | mm | 302 | 390 |
表2 天然橡胶隔震支座力学性能参数
图6 隔震支座编号及布置图
5.3
结构构件性能目标
根据《隔标》4.4.5条针对不同结构构件抗震性能要求，本项目将结构不同位置构件定义不同的性能目标如下表所示，构件类别划分如下图所示：
性能目标分类 | 构件性能目标 |
关键构件 | 中震抗剪弹性、抗弯弹性 |
普通竖向构件/重要水平构件 | 中震抗剪弹性、抗弯不屈 |
普通水平构件 | 中震抗剪不屈、抗弯不屈 |
表3 结构构件性能目标分类
图 X向构件性能分布示意图
图 Y向构件性能分布示意图
5.4
结构构件抗震措施
根据《隔标》6.1.3条，隔震结构的抗震措施可按底部剪力比及相应的抗震设防烈度确定；除应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011相应设防烈度的规定外，隔震结构底部剪力比不大于0.5时，上部结构可按本地区设防烈度降低1度确定抗震措施；与竖向地震作用有关的抗震措施，应符合按本地区设防烈度的规定，不得降低。
本项目由隔震整体分析得到的底部剪力比值小于0.5，因此按抗震措施降低一度考虑，同时结合上述超限分析对抗震措施的提高，具体划分如下：
图 X向抗震等级示意
图 Y向抗震等级示意
六
PKPM-GZ应用成果
6.1
中震隔震结构指标验算
6.1.1 偏心率
隔震结构的偏心率是隔震层支座布置合理性及整体化设计方法中控制支座拉应力的一个重要指标，《隔标》4.6.2明确：隔震层刚度中心与质量中心宜重合，设防烈度作用下的偏心率不宜大于3%。
本项目在进行隔震层设计时，也对隔震系统的偏心率进行了计算，计算结果为：X方向2.87%，Y方向2.33%，详见下表：
项目 | X方向 | Y方向 |
重心 /m | 3.763 | 8.245 |
刚心 /m | 2.792 | 7.046 |
偏心距 /m | 0.971 | 1.199 |
总刚度 KN/mm | 296 | 296 |
抗扭刚度 KN·m | 515570863 | 515570863 |
弹性半径 /m | 41.77 | 41.77 |
偏心率 /% | 2.87% | 2.33% |
表4 偏心率
6.1.2 整体模型主要计算结果
通过PKPM-GZV6整体隔震模型计算，整理得到如下主要计算结果：
各振型周期(s) | - | 周期 | 平动系数 | 扭转系数 | |
T1 | 3.0831 | 0.98 | 0.02 | ||
T2 | 3.0504 | 1 | 0 | ||
T3 | 2.7184 | 0.09 | 0.91 | ||
周期比 | T3/T1= 0.882 | ||||
剪重比 | X方向 | Y方向 | |||
7.56% | 7.59% | ||||
有效质量系数 | X方向 | Y方向 | |||
99.62% | 99.62% | ||||
最大层间位移角 | X方向 | Y方向 | |||
1/1286 | 1/1034 | ||||
斜交方向（45°）方向 | 斜交方向（135°）方向 | ||||
1/ 1224 | 1/1067 | ||||
斜交方向（67°）方向 | 斜交方向（157°）方向 | ||||
1/1133 | 1/1179 | ||||
最大位移比 | X方向 | Y方向 | |||
1.13 | 1.43 | ||||
轴压比 | 最大值 | ||||
0.66 | |||||
抗剪承载力比 | X向最小值 | Y向最小值 | |||
1.08 | 1.06 | ||||
框架占倾覆力矩比 | 35.20% | 39.20% | |||
0.2V0 | 1.05 | 1 | |||
表5 整体分析结果
通过上表可以看出：
1）从周期分析，隔震后结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比小于0.9，表明结构具有足够的抗扭刚度；
2）从地震作用下位移角分析，结构的层间位移角均小于规范限值，保证在设防地震作用下结构主体不受破坏，非结构构件不会严重破坏导致人员伤亡，保证建筑的正常使用功能；
6.1.3 隔震支座重力荷载代表值作用下压应力
《隔标》4.6.3规定，对于不同的隔震支座类型按抗震设防类别给出了支座在重力荷载代表值作用下的压应力限值验算要求。本项目不同支座的具体压应力如下表所示（由于篇幅原因仅列出部分支座结果），由表可知，支座压应力最大值为10.71Mpa，乙类建筑压应力限值为12 Mpa，支座有足够的安全储备。
支座 | 支座类型 | 1.0恒+0.5活 | 压应力（Mpa） |
编号 | P（kN） | ||
1 | LNR1000-II | -4740 | -6.04 |
2 | LRB1000-II | -3925 | -5 |
3 | LRB1000-II | -6664 | -8.49 |
4 | LNR800-II | -3247 | -6.46 |
5 | LRB1000-II | -7301 | -9.3 |
6 | LRB1000-II | -4015 | -5.11 |
7 | LNR1000-II | -6528 | -8.32 |
8 | LNR1000-II | -6333 | -8.07 |
9 | LRB800-II | -2617 | -5.21 |
10 | LRB1000-II | -7258 | -9.25 |
11 | LRB800-II | -2973 | -5.92 |
12 | LNR1000-II | -7294 | -9.29 |
13 | LNR800-II | -3044 | -6.06 |
14 | LRB1100-II | -7865 | -8.28 |
15 | LRB1000-II | -6232 | -7.94 |
16 | LNR800-II | -2912 | -5.8 |
17 | LNR1000-II | -6335 | -8.07 |
18 | LRB800-II | -3385 | -6.74 |
19 | LNR1000-II | -7196 | -9.17 |
20 | LRB800-II | -3926 | -7.81 |
21 | LRB800-II | -3022 | -6.01 |
22 | LNR800-II | -1988 | -3.96 |
23 | LRB800-II | -4909 | -9.77 |
24 | LRB1000-II | -6915 | -8.81 |
25 | LRB1000-II | -5495 | -7 |
… | … | … | … |
77 | LNR800-II | -2685 | -5.34 |
78 | LRB800-II | -5380 | -10.71 |
79 | LRB800-II | -3225 | -6.42 |
… | … | … | … |
表6 重力荷载代表值作用下压应力
6.1.4 上部结构变形
《隔标》4.5.1规定，上部结构在设防地震作用下的结构楼层最大弹性层间位移角按钢筋混凝土框架结构体系应满足1/400的要求。软件后处理文本结果中可以默认显示不同工况下的结构楼层位移指标统计结果，需要注意根据不同规范上层间位移角限值的要求，可以人为调整“位移比和位移角规范限值”。本项目提取变形结果如下表所示：
层号 | X向最大层间位移角（节点号） | Y向最大层间位移角（节点号） |
13 | 1/1665(25182) | 1/1618(25178) |
12 | 1/1599(24246) | 1/1297(24233) |
11 | 1/1560(23344) | 1/1328(23530) |
10 | 1/1424(22169) | 1/1164(21825) |
9 | 1/1262(19656) | 1/1028(20315) |
8 | 1/1171(18176) | 1/972(18808) |
7 | 1/1167(17220) | 1/1010(17414) |
6 | 1/1171(13922) | 1/991(13980) |
5 | 1/1233(10644) | 1/994(10348) |
4 | 1/1355(6372) | 1/1102(6991) |
表7 弹性层间位移角
从上表结果可以看出，本工程上部结构在设防地震作用下，结构楼层内的最大弹性层间位移角均小于1/400，满足规范限值要求。
6.1.5 隔震层抗风承载力
《隔标》4.6.8规定：隔震层抗风承载力设计值（包括抗风装置和隔震支座的屈服力构成）应不小于风荷载作用下隔震层水平剪力标准值的1.4倍，隔震层必须具备足够的屈服前刚度和屈服承载力，以满足风荷载和微振动的要求。具体隔震层抗风承载力验算如下所示，从结果中可以看出，满足规范验算要求。
即1.4*4894.8=6852.7kN＜13352.1kN。
6.2
隔震模型与非隔震模型结果对比
6.2.1 周期对比
《隔标》4.2.2条及4.3.2条规定，采用基于复振型模态的振型分解反应谱法，将下部结构、隔震层及上部结构进行整体分析，其中隔震层的非线性可按等效线性化的迭代方式考虑。PKPM-GZ软件支持复振型分解反应谱法和迭代的要求，同时通过多模型计算的功能，分别输出中震隔震模型及中震非隔震子模型结果。本项目提取两个子模型的前三阶周期整理如下表所示：
振型 | 隔震前 （s） | 隔震后（s） |
1 | 1.084 | 3.083 |
2 | 0.977 | 3.051 |
3 | 0.85 | 2.718 |
表8 隔震模型与非隔震模型周期对比
6.2.2 结构基底剪力对比
同传统隔震结构分部式设计方法不同，虽然不需要提取出隔震模型与非隔震模型的楼层剪力结果得到水平向减震系数，但是在《隔标》6.1.3条规定：隔震结构的抗震措施可按底部剪力比及相应的抗震设防烈度确定。因此有必要对比两个模型的楼层剪力对比，PKPM软件文本结果可支持输出子模型楼层剪力对比，整理如下表所示：
层号 | X向剪力 | Y向剪力 | ||||
非隔震(kN) | 隔震(kN) | 底部剪力比 | 非隔震(kN) | 隔震(kN) | 底部剪力比 | |
13 | 14787.08 | 2576.76 | 0.17 | 15256.47 | 2686.29 | 0.18 |
12 | 25025.72 | 4870.54 | 0.19 | 25168.47 | 4971.2 | 0.2 |
11 | 37333.86 | 8316.57 | 0.22 | 36703.23 | 8328.2 | 0.23 |
10 | 46900.71 | 11435.22 | 0.24 | 45342.08 | 11422.27 | 0.25 |
9 | 54654.05 | 14420.77 | 0.26 | 52056.7 | 14476.98 | 0.28 |
8 | 60463.19 | 17093.86 | 0.28 | 56928.98 | 17302.63 | 0.3 |
7 | 72904.49 | 23516.74 | 0.32 | 68931.41 | 23952.76 | 0.35 |
6 | 86434.3 | 29875.34 | 0.35 | 81910.55 | 30440.1 | 0.37 |
5 | 99133.28 | 35926.98 | 0.36 | 94070.38 | 36378.3 | 0.39 |
4 | 109009.55 | 42082.96 | 0.39 | 103351.54 | 42255.71 | 0.41 |
表9 隔震模型与非隔震模型基底剪力对比
6.3
大震隔震模型分析
PKPM-GZ多模型计算支持一键完成中震隔震/非隔震模型及大震隔震模型的计算，基于SATWE为分析内核的模型结构本构关系仍为线弹性模型；根据《隔标》4.3.3-2条规定，在罕遇地震或极罕遇地震作用下，隔震建筑上部结构和下部结构宜采用弹塑性分析模型，因此本项目在PKPM-GZ大震模型的基础上，再引入ETABS做罕遇地震下的弹塑性时程补充验算。
6.3.1 模型接口转换与模型对比
根据PKPM提供的ETABS接口，直接将PKPM非隔震模型转换为ETABS软件模型，为保证模型转换的准确性，转换后模型进行质量、自振周期、楼层地震剪力的比对如下表所示。通过结果可以看出基本一致，属于工况可接受范围之内。
将ETABS和PKPM非隔震模型计算得到的质量、周期和层间剪力（振型分解反应谱法）进行对比，结果如下表所示。表中差值为:
PKPM(t) | ETABS(t) | 差值(%) |
67098 | 67564 | 0.69 |
表10 非隔震模型质量对比
振型 | PKPM | ETABS | 差值(%) |
1 | 0.995 | 0.972 | 2.24 |
2 | 0.891 | 0.875 | 1.79 |
3 | 0.777 | 0.763 | 1.8 |
表11 非隔震模型周期对比
层数 | PKPM（kN） | ETABS（kN） | 差值(%) | |||
X | Y | X | Y | X | Y | |
13 | 4367 | 4187 | 4432 | 4222 | 1.48 | 0.84 |
12 | 17234 | 17566 | 17593 | 17752 | 2.09 | 1.06 |
11 | 28598 | 29554 | 29329 | 30107 | 2.56 | 1.87 |
10 | 42790 | 44212 | 44028 | 45701 | 2.89 | 3.37 |
9 | 54153 | 55133 | 55767 | 57279 | 2.98 | 3.89 |
8 | 63754 | 63594 | 65754 | 66222 | 3.14 | 4.13 |
7 | 71160 | 69857 | 73496 | 72835 | 3.28 | 4.26 |
6 | 86827 | 84929 | 89638 | 88810 | 3.24 | 4.57 |
5 | 101812 | 100770 | 104875 | 105477 | 3.01 | 4.67 |
4 | 114621 | 114576 | 117652 | 119612 | 2.64 | 4.4 |
3 | 123317 | 123414 | 126000 | 128202 | 2.18 | 3.88 |
表12 非隔震模型周期对比
6.3.2 地震动选取
根据《隔标》4.1.3-3条规定，每条地震加速度时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱计算结果的65%，多条时程计算的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。同时为了确保地震波选择的严谨性，参照《建筑抗震设计规范（GB50011-2016）》第5.1.2条正文及条文说明要求。本工程选取了实际5条强震记录和2条人工模拟加速度时程，如下表所示。
时程简称 | 时程全称 | 设防地震采用地震加速度最大值(cm/s²) | 罕遇地震采用地震加速度最大值(cm/s²) | 采集间隔 | 布点数量 |
REN1 | ACC46 | 240 | 480 | 0.02 | 2001 |
REN2 | ACC47 | 240 | 480 | 0.02 | 2001 |
SCB1 | Borrego Mtn | 240 | 480 | 0.005 | 8000 |
SCB2 | Imperial Valley-06 | 240 | 480 | 0.01 | 2836 |
SCB3 | Coalinga-01 | 240 | 480 | 0.01 | 4000 |
SCB4 | Loma Prieta | 240 | 480 | 0.005 | 7998 |
SCB5 | Northridge-01 | 240 | 480 | 0.01 | 4000 |
表13 时程基本信息
6.3.3 上部结构弹塑性层间位移角
根据《隔标》4.5.2条规定，罕遇地震下的上部结构弹塑性层间位移角在钢筋混凝土框架结构体系下须满足1/100的要求。具体验算结果如下表所示，可以看出，满足《隔标》限值要求。
表14 弹塑性层间位移角
6.3.4 隔震支座位移
根据《隔标》4.6.6条规定，隔震支座在罕遇地震作用下隔震橡胶支座的水平位移限值不应大于支座直径的0.55倍和各层橡胶厚度之和3.0倍二者的较小值。本项目按上述限值计算为min(440,447)=440mm（本工程采用隔震支座最小直径为800mm，即0.55×800=440；最小隔震支座橡胶层厚度149mm，即3*149=447mm）。罕遇地震下各支座的最大水平位移及罕遇地震作用下的弹塑性层间位移角如下表所示（由于篇幅原因仅列出X向、Y向两个方面的部分支座结果）。
表15 罕遇地震下隔震支座最大位移
由上表可知，隔震层最大水平位移269mm,满足规范对隔震支座水平位移限值要求；端部支座考虑边支座扭转影响，放大1.15倍后为269*1.15=310mm，也能满足支座位移要求。
6.3.5 隔震支座拉压应力
根据《隔标》6.2.1条规定，对于重点设防类建筑，隔震橡胶支座在罕遇地震作用下竖向压应力不应超过25MPa，竖向拉应力不应超过1MPa，条文说明中对最大压应力和最小压应力的计算公式给出了建议：隔震支座拉应力验算取1.0×恒荷载-1.0×水平地震－0.5×竖向地震；压应力验算取1.0×恒荷载+0.5×活荷载+1.0×水平地震+0.4×竖向地震。
通过计算分析得到时程下的各个支座拉压应力如下表所示（由于篇幅原因仅列出X向、Y向两个方面的部分支座结果），通过比较均满足规范要求。
支座编号 | 支座型号 | 0.90D-0.05L±1.00Fek | 1.08D+0.54L±1.00Fek | ||||
0度 | 180度 | 拉应力Mpa | 0度 | 180度 | 压应力Mpa | ||
最小轴力kN | 最小轴力kN | 最大轴力kN | 最大轴力kN | ||||
1 | LNR1000-II | -2475 | -2439 | -3.11 | -6471 | -6425 | -8.24 |
2 | LRB1000-II | -3085 | -3087 | -3.93 | -4361 | -4349 | -5.56 |
3 | LRB1000-II | -4102 | -4145 | -5.23 | -8577 | -8604 | -10.96 |
4 | LNR800-II | -2194 | -2204 | -4.37 | -3897 | -3900 | -7.76 |
5 | LRB1000-II | -4665 | -4706 | -5.94 | -9097 | -9121 | -11.62 |
6 | LRB1000-II | -1700 | -1729 | -2.17 | -5975 | -5997 | -7.64 |
7 | LNR1000-II | -1853 | -1976 | -2.36 | -10428 | -10544 | -13.43 |
8 | LNR1000-II | -3940 | -3982 | -5.02 | -7917 | -7933 | -10.11 |
9 | LRB800-II | -890 | -836 | -1.66 | -4193 | -4134 | -8.35 |
10 | LRB1000-II | -4489 | -4537 | -5.72 | -9177 | -9211 | -11.73 |
11 | LRB800-II | -2172 | -2175 | -4.32 | -3415 | -3411 | -6.8 |
12 | LNR1000-II | -3586 | -3494 | -4.45 | -10361 | -10254 | -13.2 |
13 | LNR800-II | -1956 | -1942 | -3.87 | -3782 | -3761 | -7.53 |
14 | LRB1100-II | -4248 | -4299 | -4.47 | -10757 | -10798 | -11.37 |
15 | LRB1000-II | -3935 | -3977 | -5.01 | -7871 | -7898 | -10.06 |
16 | LNR800-II | -1498 | -1470 | -2.93 | -3999 | -3965 | -7.96 |
17 | LNR1000-II | -4679 | -4658 | -5.93 | -7371 | -7335 | -9.39 |
18 | LRB800-II | -2085 | -2091 | -4.15 | -4234 | -4232 | -8.43 |
19 | LNR1000-II | -2742 | -2632 | -3.35 | -11057 | -10936 | -14.09 |
20 | LRB800-II | -2562 | -2572 | -5.1 | -4797 | -4797 | -9.55 |
21 | LRB800-II | -1097 | -1137 | -2.18 | -4656 | -4692 | -9.34 |
22 | LNR800-II | -760 | -732 | -1.46 | -3054 | -3021 | -6.08 |
23 | LRB800-II | -3516 | -3506 | -6.98 | -5760 | -5737 | -11.47 |
24 | LRB1000-II | -3630 | -3697 | -4.62 | -9368 | -9423 | -12 |
25 | LRB1000-II | -3717 | -3744 | -4.74 | -6738 | -6752 | -8.6 |
… | … | … | … | … | … | … | … |
113 | LRB1100-II | 277 | 242 | 0.29 | -17700 | -18026 | -18.98 |
… | … | … | … | … | … | … | … |
表17 罕遇地震下隔震支座拉、压应力（拉为正、压为负）
由表14知，在规定的荷载组合下，隔震支座最大拉应力为0.29Mpa，最大压应力为18.98Mpa，隔震支座压应力和拉应力均满足规范要求。
6.4
隔震计算书
6.4.1 结构构件设计计算书
根据前述隔震结构构件性能目标设置要求，PKPM-GZ能直接根据《隔标》4.4节及国内其它规范要求，自动完成不同工况内力分析及内力组合、内力调整，基于设防地震水准按关键构件、普通竖向构件及重要水平构件、普通水平构件抗弯、抗剪要求，完成构件截面配筋验算。同时对于隔震层下部结构设置区域性能目标后，在考虑隔震层水平位移引起的附加弯矩基础上，也能自动完成中震隔震与大震隔震的包络设计，一键查看计算书并批量导出DWG计算书，方便快捷。
图7 隔震结构施工图计算书
6.4.2 审查专项报告
软件支持一键导出隔震专项审查报告，报告内容包含审查应用主要内容，如工程概况，设计依据的主要规范、隔震支座布置、偏心率验算、隔震与非隔震基底剪力对比等。
七
总结
在当前《条例》的要求下，“两区”中的“八类建筑”应当按照国家有关规定采用隔震减震等技术，本项目位于高烈度区，属于医院乙类项目，因此按照国家及云南省地方相关政策要求，采用隔震技术方案。基于PKPM-GZ的一体化设计满足《隔标》设防地震及正常使用相关技术要点，构件设计自动满足不同性能水准的目标要求，方便设计师完成配筋计算书出图及相关结构设计指标整理。
云南省建筑工程设计院有限公司于2020年9月由云南省建筑工程设计院（成立于1984年4月）改制而来，是一家持有国家建筑行业（建筑工程）甲级、工程勘察专业类（岩土工程）甲级等多项资质的综合类设计单位。近年来，设计院公司团队投身医疗建筑的科技研究与技术开发，大量革新技术成果得到云南卫健委的高度认可，被推广到大批云南省医疗卫生重点项目，为推动企业品牌树立和科技创新、云南省公共卫生事业发展做出了突出贡献，得到社会各界的高度认可。2021年基于PKPM-GZ完成了满足《条例》及《隔标》设防要求的门诊医技住院综合楼项目，希望通过本案例的分享，为行业减隔震技术的发展带来一定的帮助，欢迎大家留言讨论交流。
供稿丨杨荔 尹德鹏 马云琼（云南省建筑工程设计院有限公司）
审稿丨刘孝国 编辑丨汤天 责编丨张跃飞
联系客服
