框架结构双层隔震可行性探究
摘 要：随着建筑工艺的完善以及建筑水平的提高，现在建筑施工中大量采用橡胶支座基础隔震。但由于楼层高度的不断提高，现有的基础隔震逐渐难以满足结构的抗震要求，所以文章提出双层隔震的设想。双层隔震，采用在原有基础隔震的基础上，于楼层中间再添加一层橡胶隔震支座，以达到进一步削减地震的破坏作用。文中采用三种模型：无隔震结构模型、基础隔震结构模型、双层隔震模型，分别施加同一地震荷载，比较三种模型的反应，对双层隔震的效果进行分析。经过对比研究发现，采用双层隔震的结构在抗震性能上明显优越于基础隔震结构，其性能优化相当于无隔震结构添加基础隔震后的性能提升，适宜广泛推广。
中图分类号：TU352.12 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９/ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１6．21．０46。
０ 引言。
地震作为突发性的自然灾害，往往会造成极其重大的灾害。在近几年，地质灾害更是频繁发生，已经造成了巨大的人员伤亡和经济财产损失。
现行的抗震设计规范中规定结构构件必须符合小震不坏，中震可修，大震不倒的要求，因此必须要求结构构件拥有一定的承载力和塑性变形能力。因而，在遭遇大地震或特大罕遇地震时，按照传统抗震设计方法很可能由于不具备自我调节的能力而无法满足安全上的要求，进而造成严重的人员伤亡和经济损失。因此，在全世界范围内，隔震设计方法被称为更为安全有效的抗震方法。
隔震理论的基本理论，是通过在建筑物底部或某一层中加入可靠且水平刚度较小的隔震层，从而达到延长结构的自振周期以避免共振的目的。整个结构的水平变形绝大部分集中在隔震层，并通过隔震层的阻尼器来吸收地震传入上部结构的能量，减小结构的地震响应，提高建筑的可靠性，达到预期的防震要求。
传统的依靠建筑物本身的结构构件的承载力和塑形变性能力来抵抗地震作用和吸收地震能量这种抗震方式与设置基础隔震装置相比，通过设置隔震装置使隔震层发生较大相对位移从而阻隔地震能量向上传递，可以有效减少地震的破坏作用。
但是随着建筑工艺的进步，住宅的高度日益提升，随着楼层的不断提高，通过基础隔震设施传递上去的地震作用，随着高度不断放大，会产生鞭梢效应，最终可能出现上层建筑被摇坏。
基于以上相关设想，本文提出双层橡胶支座隔震的理念，即在较高建筑的基础和层间两层中加入橡胶隔震。通过基础隔震传递上来的地震作用在通过层中的隔震橡胶支座时被进一步削弱，从而达到抑制鞭梢效应的目的。
为了验证假设的正确性，本文采用ＳＡＰ２０００建立了相关模型，通过模拟地震荷载的施加，对数字模型的反应进行了观察分析。
１ 模型建立。
位于上海某郊区框架结构，层高３．５ｍ，沿横向ｘ轴方向５*７．２ｍ，沿纵向ｙ轴方向３*６ｍ。主梁０．７ｍ*０．３ｍ，次梁０．５ｍ*０．２５ｍ，柱０．６ｍ*０．６ｍ，Ｃ３０混凝土。
为了便于观察分析，忽略了楼面荷载、屋面荷载以及风荷载。
抗震设防烈度为７度，地震基本加速度为０．１０ｇ，场地特征取０．６。
为了更好地分析比较，建立模型：无隔震措施、只采用基础隔震、采用基础加层间隔震三种模型进行模拟。
对每一个模型分别施加由图１ ＥＬＣＥＮＴＲＯ地震波、图２兰州地震波、图３ ＴＡＲ＿ＴＡＲＺＡＮＡ地震波。
２ 模型分析。
建立模型如图４所示，对该模型施加全局Ｘ方向的三种地震波，分别得到１１点的加速度如图５、图６、图７所示。
分析：没有任何隔震措施，完全靠结构自身设计承受地震作用，楼层最高处１１号节点产生巨大的加速度，并且加速度的变化模式与所施加的地震波基本上同步。加速度随着地震波的变化而变化，同时增大、同时减小，极易产生巨大的破坏。
建立模型如图８所示，其中，橡胶支座参数根据北京筑信达工程咨询有限公司出版的《集成化的通用结构分析与设计软件 ＳＡＰ２０００案例教程》确定，如表１所示。
对该模型施加全局Ｘ方向的三种地震波，分别得到１１点的加速度如图９、图１０、图１１所示。
对比分析：相比较于毫无隔震措施的模型，设置了基础隔震的模型在正常情况下加速度会有一定的降低，由此可见，基础隔震支座的使用，增强了结构的抗震性，减低了破坏的程度，有效的保证了人身财产安全，适宜推广使用。
建立模型如图１２所示，其中，层间隔震层的装置设置在第五层的柱子中间，而不是设置在五六层连接处，这样就避免了隔震橡胶支座在起作用时受到四周梁的影响，从而基础隔震装置可以正常地工作。
对该模型施加全局Ｘ方向的三种地震波，分别得到５７９点的加速度如图１３、图１４、图１５所示。
对比分析：相比较于结构抗震和基础隔震，通过添加层间隔震装置，某些情况下可以进一步降低结构节点的加速度，从而有利于增强结构的抗震性能。但是对于某些地震波作用下，双层隔震结构地震作用下加速度比基础隔震的加速度还要大，说明双层隔震的在参数设置以及布置方式上还有待更进一步研究。
３ 数据分析。
以同位置节点为例，对三种模型在三种地震波作用下的节点加速度数据进行折线图分析，图１６为ＥＬＣＥＮＴＲＯ波下三种模型，图１７为兰州波下三种模型点的加速度，图１８为ＴＡＲ＿ＴＡＲＺＡＮＡ波下模型的点加速度。
由以上图标分析可以看出，相对于无隔震措施，基础隔震大大减小了模型节点加速度，对增强结构的抗震性能起到了很大的作用，适应在对抗震有要求的地区广泛采用。而添加了层间隔震之后，结构节点加速度再次下降，对鞭梢效应起到了相当的抑制作用。由于隔震装置的存在，结构节点加速度相比较于没有抗震装置的机构有相当的降低，不仅增强了结构的抗震性，而且对使用者的人身安全起到很大的保护作用，在第五六层的中部再加入层间隔震后，加速度峰值出现不稳定情况，因地震波的不同而出现加速度峰值的不稳定。经分析，认为是由于层中隔震所使用的橡胶支座参数设置不合理导致。但总体上呈现出进一步减弱结构节点加速度的趋势。由此说明，通过在结构的基础部位添加双层橡胶支座以达到隔震的效果，是具有一定可行性的。
４ 结论。
双层隔震能一定程度上降低结构的节点加速度，保护其中人的安全，有效减小地震的破坏作用，相比于无隔震措施和仅仅采用基础隔震措施的结构抗震性能有大大的提高。
相对于现有的建筑水平和抗震措施，结构采用双层隔震，无疑具有很大的优势。既不需要对结构进行大量的改变，降低了设计和施工的难度，又经济节约，符合绿色环保的理念。
橡胶隔震支座，作为目前为止发展、研究最为完善的抗震装置，使用广泛，并且取得了良好的抗震效果。双层隔震作为一种新的抗震措施，若是采用目前较为成熟的技术，有利于人们的接受，从而能更广范围的推广。由于双层隔震相比较于基础隔震，橡胶支座的参数计算更为复杂，一次需要更细致化的研究。但双层隔震的优势无疑是非常明显的。
参考文献１ 田其丰．框架结构橡胶垫基础隔震系统研究［Ｄ］．西安：西北工业大学，２００４。
２ 孙佳伟．采用隔震装置的框架结构抗震性能分析［Ｄ］．合肥：合肥工业大学，２０１０。
３ 王建强，管品武，姚谦峰．铅芯叠层橡胶支座基础隔震结构双向地震反应分析［Ｊ］．地震工程与工程振动，２００５（１）。
４ 王蓉蓉．高层建筑大底盘框架结构的隔震研究［Ｄ］．成都：西南交通大学，２０１３。
5 穆琳．高层建筑双层橡胶支座分段隔震技术研究［Ｄ］．兰州：兰州理工大学，２０１３。
6 杨一振．基础隔震框架结构的抗震性能研究［Ｄ］．合肥：安徽建筑工业学院，２０１１。
7 付李宁．框架结构的基础隔震研究［Ｄ］．武汉：武汉理工大学 提供论文代写和代写论文服务]。
8 雷静雅，王开岭，罗登贵，等．框架结构基础隔震的减震效果分析［Ｊ］．大地测量与地球动力学，２０１３（２）。