現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有一百多年歷史，國內(nèi)外對(duì)水平方向地震作用的防御措施及理論研究相對(duì)比較成熟，并且在我國越來越多的法規(guī)條文和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)的實(shí)施有相應(yīng)的要求，因此隔震技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到特殊要求類（兩區(qū)八類建筑、加速度控制類結(jié)構(gòu)等）建筑結(jié)構(gòu)。隔震結(jié)構(gòu)的原理就是通過隔震層將下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)隔離開，有效控制上部結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，實(shí)踐證明：隔震后一般可使結(jié)構(gòu)的水平地震加速度反應(yīng)降低60%左右。

近幾十年來，實(shí)際震害表明，豎向地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的破壞程度非常大，甚至在一些震害表現(xiàn)中超過水平地震影響。隨著研究的深入，隔震層豎向剛度較大，對(duì)于隔離豎向地震能量的輸入作用不大。本文針對(duì)基底隔震結(jié)構(gòu)豎向地震作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行研究，對(duì)比分析隔震結(jié)構(gòu)和抗震結(jié)構(gòu)豎向地震響應(yīng)的差異及變化特點(diǎn)。

1 結(jié)構(gòu)模型信息

本算例為基底隔震框架結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)為6層，局部7層鋼筋混凝土的框架，每層層高均為3.6m，樓層總高度為25.2m，結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。該結(jié)構(gòu)底層柱網(wǎng)及隔震支座布置如圖2，地震設(shè)防烈度為8度（0.2g），乙類建筑，場地類別為Ⅱ。該結(jié)構(gòu)采用隔震分析軟件SAUSG-PI計(jì)算，根據(jù)結(jié)構(gòu)荷載大小及《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的重點(diǎn)設(shè)防類建筑隔震支座壓應(yīng)力限值，選用鉛芯橡膠隔震支座LRB700，其具體參數(shù)見表1。 

圖1結(jié)構(gòu)模型

圖2 隔震支座布置示意圖

表1 隔震支座參數(shù)

2 地震動(dòng)信息

該結(jié)構(gòu)計(jì)算分析采用兩條天然波為DARFIELD NEW ZEALAND波、Chi-Chi，Taiwan-05_NO_2983波和一條人工波RH2TG045波，并根據(jù)建筑抗震規(guī)范規(guī)定，對(duì)地震波的加速度峰值進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，本算例只考慮豎向地震作用，即地震激勵(lì)方向?yàn)樨Q向Z方向輸入，分別考慮隔震結(jié)構(gòu)和抗震結(jié)構(gòu)（移除隔震結(jié)構(gòu)中支座層及上下支墩層）在不同豎向地震波下的響應(yīng)。

圖3 地震動(dòng)譜

3 動(dòng)力分析結(jié)果

3.1 底層柱軸力

表2 結(jié)構(gòu)一層柱最大軸力對(duì)比（kN）

表3 豎向地震引起結(jié)構(gòu)一層柱軸力變化表（kN）

通過對(duì)該結(jié)構(gòu)在各豎向地震動(dòng)作用下的計(jì)算分析，得到結(jié)構(gòu)一層柱（對(duì)應(yīng)隔震結(jié)構(gòu)中上部結(jié)構(gòu)一層）的最大軸力，如表2，列舉如表3所示4個(gè)典型柱在豎向地震作用下軸力變化值，相對(duì)位置見圖2?？梢钥闯?，在豎向地震作用下隔震結(jié)構(gòu)對(duì)比抗震結(jié)構(gòu)一層柱軸力相對(duì)于重力荷載工況下一層柱軸力變化值增加了10%~40%。鉛芯橡膠支座的布置并沒有降低結(jié)構(gòu)柱的軸壓力，由于隔震層的豎向剛度遠(yuǎn)大于水平剛度，其豎向剛度接近框架柱子剛度，因此鉛芯橡膠隔震支座不能隔離豎向地震能量，并且可能會(huì)放大地震影響。

3.2 豎向樓層加速度

圖4 豎向樓層加速度

上圖為結(jié)構(gòu)豎向樓層加速度隨地震動(dòng)時(shí)程變化情況，字母“GZ-1”表示隔震結(jié)構(gòu)一層，“FGZ-1”表示抗震結(jié)構(gòu)一層，其他同理。從圖4可知，結(jié)構(gòu)隔震后豎向樓層加速度響應(yīng)并沒有減小，相對(duì)于抗震結(jié)構(gòu)，豎向樓層加速度有明顯的增大。隨著樓層高度的增加，豎向樓層加速度會(huì)相應(yīng)增大，并且由圖可知隔震結(jié)構(gòu)一層與抗震結(jié)構(gòu)一層豎向樓層加速度差值要大于頂層結(jié)構(gòu)豎向樓層加速度差值，由于抗震結(jié)構(gòu)地震動(dòng)直接激勵(lì)一層柱底，因此抗震結(jié)構(gòu)一層豎向樓層加速度更接近輸入地震動(dòng)加速度，而隔震結(jié)構(gòu)經(jīng)過隔震層放大，一層豎向樓層加速度明顯增大，但是隨著樓層高度的增加，隔震層對(duì)于豎向樓層加速度的放大影響趨于平穩(wěn)。綜上可知基底隔震結(jié)構(gòu)中布置鉛芯橡膠隔震支座不能降低豎向地震對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響。

3.3 彈塑性耗能和構(gòu)件性能水平

圖5 結(jié)構(gòu)耗能對(duì)比

圖6 構(gòu)件性能水平

通過圖5對(duì)比隔震和抗震結(jié)構(gòu)豎向地震作用下的耗能情況，可知隔震結(jié)構(gòu)和抗震結(jié)構(gòu)大震彈塑性耗能基本相同，隔震裝置在豎向地震作用過程中的耗能占比可忽略不計(jì)，從而可知在基底隔震結(jié)構(gòu)中布置鉛芯橡膠支座對(duì)豎向地震影響不起作用。由圖6可知隔震和抗震結(jié)構(gòu)的構(gòu)件性能水平基本相同，更進(jìn)一步說明鉛芯橡膠支座在豎向地震作用下充當(dāng)結(jié)構(gòu)柱，對(duì)隔離豎向地震動(dòng)的影響沒有效果。

03

小結(jié)

1.隔震后結(jié)構(gòu)底層柱軸力出現(xiàn)不同程度的增大以及彈塑性耗能情況、構(gòu)件性能水平與隔震前對(duì)比基本相同，由此可知采用鉛芯橡膠支座的基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)對(duì)于水平地震具有良好的隔震效果，但是不能隔離豎向地震作用，并且有些情況下可能增大豎向地震能量的輸入；

2.隔震后結(jié)構(gòu)豎向樓層加速度增加比較明顯，這是由于鉛芯橡膠隔震支座具有較大的豎向剛度，不能有效降低豎向樓層加速度，反而會(huì)增加。豎向樓層加速度的增加會(huì)極大的引起人的恐慌，因此隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮這一因素。