单位：中科科航工程设计有限公司凉山分公司
工程概况
本项目为四川省凉山州某县一新建小学，项目包括教学楼、综合楼、食堂、教室周转房等建筑，总建筑面积约为6600平方米，其中教学、综合楼约为4400平方米。教学楼为地上4层，综合楼为地上5层，均无地下室，教学楼与综合楼呈“L”形布局，设置结构缝分隔，使用上相互联系，由于地形高差原因，综合楼下吊一层。教学楼、综合楼、食堂均采用框架结构体系，教师周转房采用砌体结构体系。
本项目抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度峰值为0.30g，设计地震分组为第三组，II类场地，场地特征周期为0.45s。本项目位于高烈度地震设防区，且教学楼、综合楼、食堂属于重点设防类建筑，根据《建设工程抗震管理条例》国务院令第744号的要求，本项目教学楼、综合楼和食堂需要采用隔震技术。本文仅介绍教学楼隔震设计情况，教学楼总层数为4层，室内外高差0.300m，房屋总高度 15.900m，宽11.100m，高宽比1.43。教学楼采用叠层橡胶隔震支座进行隔震，隔震层设置于筏板基础顶，隔震层高度为2.100m，梁底净高1.100m。
工程设计
2.1
设计主要依据和资料
本工程隔震设计所依据的主要规范、图集如下：
（1）《建筑抗震设防分类标准》（GB50223－2008）；
（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）《建筑抗震设计规范》（GB 50011－2010）（2016 版）；
（5）《建筑隔震设计标准》（GB/T 51408-2021）；
（6）《叠层橡胶支座隔震技术规程》（CECS126：2001）；
（7）《建筑隔震橡胶支座》JG118-2018
（8）《橡胶支座 第 3 部分：建筑隔震橡胶支座》（GB/T 20688.3－2006）
（9）《建筑结构隔震构造详图》（03SG610－1）；
（10）《混凝土结构设计规范》（GB50010－2010）（2015 版）；
（11）《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2011）；
2.2
分析模型和设计计算参数
在 PKPM 软件中建立了隔震模型后，需对隔震分析信息进行定义。该结构整体规则，且高度小于60m，依据《新隔标》4.1.3-2、3 条，采用复振型分解反应谱法结合迭代计算的方法进行隔震结构的设计工作，无需与大震时程下结构弹塑性验算进行包络设计。
本项目距东侧次级断裂约350m，距西侧次级断裂约400m，考虑近场效应，地震力放大1.25。
在 PKPM 软件中定义隔震结构设计方法为“整体分析设计法”，底部剪力比由设防地震下的复振型分解反应谱法结合迭代分析确定。特别地，在反应谱分析中，为了考虑隔震层部分支座的非线性属性，隔震层的等效刚度和等效阻尼比由软件基于反应谱结果多次自动迭代确定，迭代计算中计算隔震层等效刚度和等效阻尼比的公式采用《建筑隔震设计标准》（GB/T 51408-2021）公式4.6.4-1、2。
根据《建筑隔震设计标准》第 4.4.6 条，需为隔震建筑进行构件性能目标的分类（关键、重要、普通构件）。参照该4.4.6 条的条文说明，同时对该结构的体系等信息进行综合考量后，对构件的分类大致为：
根据《建筑隔震设计标准》第4.7. 条，隔震区域构件（对于该结构为上、下支墩）应进行罕遇地震下的承载力验算，需满足抗弯不屈、抗剪弹性的要求，同时考虑隔震支座大变形带来的附加弯矩作用。PKPM已内置隔震区域构件指定与大震承载力验算和配筋的功能，同时可以按照《建筑隔震设计标准》附录C考虑支座的附加弯矩作用。类似的，隔震区域的也可采用复振型分解反应谱法结合迭代刚度和阻尼的方法来初步计算大震受力并进行配筋。出于安全考量，后续进行罕遇地震弹塑性时程分析的时候还需对隔震区域构件的性能状态进行特别评估。
2.3
隔震支座布置
该结构共使用了 27 个支座，各类型支座数量及力学性能详见下表。隔震支座平面布置见下图。隔震结构屈重比为0.036。
2.4
结构动力特性分析
2.5
底部剪力比
由下表可知隔震层以上结构隔震前后，结构底部剪力比值的最大值为0.24，根据《隔标》第6.1.3条，底部剪力比小于0.5时，上部结构按本地区设防烈度减小一度后确定抗震措施。
2.6
设防地震下弹性层间位移角
表 3.7 中设防地震下上部结构最不利层间位移角为：X 向：1/620,Y 向：1/569，二者均满足《建筑隔震设计标准》表 4.5.1 中规定的限值要求。
2.7
隔震层偏心率
由上表可知，隔震层偏心率满足《建筑隔震设计标准》4.6.2-4 的要求。
2.8
隔震层抗风承载力
根据《抗规》12.1.3 条，采用隔震的结构风荷载的产生的总水平力不宜超过结构总重力的 10%， 本结构隔震层以上风荷载的产生的总水平力为 738.5kN，隔震层以上总重力为 51655kN，满足要求。
根据《建筑隔震设计标准》第 4.6.8 条，由隔震层抗风装置和隔震支座屈服力设计值共同构成的隔震层抗风承载力设计值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。如下按规范要求，进行隔震层抗风承载力验算：
γw*Vw*k≤ VRw ，即 1.5*738.5=1107.8kN＜2115kN（各铅芯支座的屈服力之和），满足要求。
2.9
隔震层水平抗恢复力特性
隔震层必需具备足够的屈服前刚度，以满足风荷载和微振动的要求，将铅芯橡胶支座水平刚度简化为 2 线性、天然橡胶支座的水平刚度简化为线性，隔震层的水平恢复力特性由铅芯橡胶支座和天然橡胶支座共同组成。
隔震层屈服前的刚度为：
K1=18.69*15+1.14*12=294.03kN/mm
隔震层屈服后的刚度为：
K2=1.44*15+1.14*12=35.28kN/mm
经验算，满足要求。
隔震支座的弹性恢复力验算：
K100Ty ≥ 1.4VRW
式中：K100—隔震支座在水平剪切应变 100%时的水平等效刚度。
Ty—隔震支座内部橡胶总厚度。
即有：
支座弹性恢复力
F=2.29*15*166+1.14*12*147=7713.06N
1.4VRW=1.4*2115=2961kN
F>1.4VRW
隔震支座弹性恢复力满足要求。
2.10
中震模型下隔震支座应力、位移验算
为了文字看的清晰，仅以几个隔震支座验算结果为例。
注：T1表示重力荷载代表值的压应力(MPa)；T2表示最大压应力(MPa)；T3表示最大拉应力(MPa)；T4表示地震工况下水平位移限值(mm)。各个橡胶隔震支座的压、拉应力满足《建筑隔震设计标准》4.6.3-1、6.2.1的要求，水平位移满足《建筑隔震设计标准》4.6.6-1 的要求。
2.11
罕遇地震动输入
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，7条时程曲线下图所示，考虑1.25近场放大系数。
2.12
罕遇地震隔震支座位移与拉压应力验算
经过计算，隔震层最大水平位移268mm，小于0.55D=440mm（D 为最小隔震支座直径，本工程采用隔震支座最小直径为800mm）及3Tr≧441mm（Tr 为最小隔震支座的橡胶层总厚度）中的较小值，满足要求。
根据《建筑隔震设计标准》GB/T 51408-2021 中 6.2.1 条规范规定：隔震橡胶支座在罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下，拉应力不应大于 1.0Mpa。由计算 知，在罕遇地震作用下，在荷载组合 1.0D-1.0Fek-0.5Fvk 下，在 27 号支座出现最大拉应力，为 0.64Mpa。荷载组合 1.0D+0.5L+1.0Fek+0.4Fvk 下支座压应力均小于限值 25MPa。满足相关规范要求。
注释:负值表示受压,正值表示受拉。
2.13
罕遇地震下弹塑性位移角验算
罕遇地震下层间位移角验算，得到罕遇地震下隔震结构层间位移角，详下表 ，计算结果满足《建筑隔震设计标准》4.5.2的要求。
2.14
罕遇地震抗倾覆分析
根据《建筑隔震设计标准》第 4.6.9-2 条规定，隔震结构应进行罕遇地震作用下的抗倾覆验算，由上部结构重力荷载代表值计算的抗倾覆力矩与罕遇地震下倾覆力矩之比不应小于 1.1。该隔震结构的抗倾覆分析由复振型分解反应谱（罕遇地震谱）法结合自动迭代隔震层等效刚度和阻尼比的方法确定，结果如下表 所示。由表 结果易知，结构罕遇地震下最不利抗倾覆与倾覆力矩比值为 1.21，满足规范要求。
2.15
罕遇地震结构损伤情况
由于篇幅限制，仅给出结论，结构在大震下整体基本完好；部分梁进入了塑性。保证了结构足够的安全富余度，减震效果明显。
小结
使用PKPM和ETABS对非隔震结构和隔震结构在8度（0.3g）地震作用下进行反应谱分析和时程分析， 分析了设防地震作用下和罕遇地震作用下结构的地震反应，通过对比分析得出以下结论：
1. 非隔震结构的自振周期为0.6636，隔震结构的自振周期为2.2639，延长3.41倍，避开场地特征周期后减小地震作用对上部结构的影响；
2. 结构中布置的隔震支座长期面压均未超过乙类建筑的要求（12MPa）,满足规范要求。
3. 隔震支座数量能满足结构抗风需求。
4. 隔震结构前两阶周期以平动为主，两阶周期相差小于较小值的30%，满足规范规定。
5. 所选地震动中，单条地震动的基底剪力大于振型分解反应谱法计算结果的65%，多条地震动基底剪力的平均值大于振型分解反应谱法计算结果的80%，满足规范要求。
6. 隔震结构两主要方向的剪力比最大值为0.38，据《建筑隔震设计标准》第6.1.3-2条，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。
7. 隔震结构在罕遇地震作用下工作正常。
8. 对隔震结构在罕遇地震作用下的响应进行了计算分析，结果表明在罕遇地震作用下，隔震结构满足抗震性能目标，隔震层各支座的压-剪地震响应均未超过其极限性能，隔震层在罕遇地震下的位移未超过规范规定的限值。
9. 隔震结构在大震下整体基本完好；整体结构框架未进入塑性状态。保证了结构足够的安全富余度， 减震效果明显。