《建設工程抗震管理條例》自發布以來，全國“兩區域八大類”建筑依照法規要求，需采用隔震減震等技術，進行設防地震作用下的正常使用分析、設計，同時要滿足《建筑隔震設計標準》、《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術導則》及其他現行規范、標準、規程的要求。河南省在2023年11月發布《河南省住房和城鄉建設廳關于做好全省地震重點監測防御區防震減災工作的通知》，進一步明確各地要嚴格執行《條例》相關要求。通過對河南省近3年的“兩區域八大類”建筑項目調研，發現多數項目根據自身特點、業主要求等因素，較多采用減震技術；筆者有幸在鄭州市某學校項目中進行了隔震技術探索及應用，采用PKPM+SSG軟件完成了項目的分析、設計，實踐過程中總結了部分心得體會，供同行參考、指正。
工程概況
項目為鄭州市某初級中學建設項目，總建筑面積約28300m2，項目包括教學樓、實驗樓、風雨操場等建筑。其中，教學樓為地上5層，局部地下一層；實驗樓地上3層，地下一層；風雨操上地上2層，地下一層。工程效果圖見圖1.1。以教學樓為例，單體三維模型見圖1.1，建筑結構使用年限50年，抗震設防類別乙類，抗震設防烈度7度（0.15g），設防地震分組第二組，場地類別Ⅱ類，特征周期0.40s；基本風壓0.45kN/m2，基本雪壓0.40kN/m2。
2.1 隔震層選擇隔震層位置可根據項目實際情況，按以下要求選取：1）無地下室的建筑，隔震層可設置在基礎頂面與一層底板之間；
2）有地下室的建筑，隔震層可設置在基礎頂，也可設置在地下室頂板與一層底板之間；
3）帶裙房的大底盤結構，隔震層可設置在裙房頂板與其上一層底板間。
圖2.1?不同位置隔震層示意圖（1-基礎，2-隔震支座層，3-上支墩層頂，4-地下室，5-裙房層）
隔震層不做使用功能時，隔震層頂板下凈高不宜小于2.0米，不應小于1.6米；隔震層頂板梁下凈高不宜小于1.2米，不應小于0.8米，并滿足檢修、更換隔震裝置的需要。隔震層應設置人員檢修出入口、隔震裝置進出口或吊裝口，并應設置防止人員誤入或墜落的措施。圖2.2為前期調研項目的情況，依次為凈高偏低、凈高較大、凈高適中的情況。
隔震層位于地下室和半地下室時，其防水等級應根據使用功能確定。其地下工程迎水面主體結構應采用防水混凝土，并應根據防水等級的要求采取其他防水措施。當隔震層設置在基礎頂時，宜設置防水板或筏板，當無結構底板時應增加相應措施避免地下水滲入隔震層內部。本工程隔震層布置在地下室頂板與±0.000樓板之間。2.2 抗震縫設置教學樓建筑平面呈U形，如若不分縫，按照《建筑抗震設計規范》3.4.3條可判斷屬于凹凸不規則，而《建筑隔震設計標準》4.1.1條條文說明解釋不管上部結構是否存在扭轉不規則，隔震結構的扭轉規則性都可以通過隔震層的設計加以解決。通過初步試算，不設縫的情況下可理解為大底盤隔震，通過控制隔震支座的布置，實現較小的偏心率、周期比和位移比，滿足《建筑隔震設計標準》4.6.2條要求。可考慮不設置抗震縫，但是結構凹凸不規則性仍然存在，本單體仍考慮設縫處理，即上支墩層不設縫，上支墩層以上設縫、分塔，上部結構分區見圖2.3。項目實踐中建議可根據項目復雜程度確定。
2.3 隔震支座常見的隔震支座種類見圖2.4。本工程采用建筑隔震橡膠支座，主要參技術參數包含：第一形狀系數S1，是指橡膠隔震墊中單層橡膠板的有效承壓面積與橡膠板的總自由面積之比，主要反映薄鋼板對橡膠板變形的約束程度；S1與隔震支座的豎向剛度與承載力密切相關，不應小于15；第二形狀系數S2，是指橡膠板的直徑與橡膠總厚度之比，主要反映橡膠受壓時的穩定性。S2與隔震支座的穩定性和水平剛度有關，第二形狀系數不應小于3且不宜小于5。2.4 確定隔震目標依據《建筑隔震設計標準》6.1.3條：本工程隔震目標為：底部剪力比不大于0.5，框架抗震等級降低一級。2.5 隔震設計流程
本工程采用PKPM2021版V1系列結構分析軟件進行隔震結構的建模與分析設計。該單體結構平面、豎向規則，依據《建筑隔震設計標準》（以下簡稱隔標）4.1.3條，可采用復振型分解反應譜法結合迭代計算隔震支座剛度和阻尼比的方法，進行隔震結構的設計工作，無需與時程分析方法計算結果進行包絡設計。在PKPM軟件中定義、布置隔震支座，設置性能目標、定義相關構件類別，對隔震模型和非隔震模型進行整體設計方法分析計算；可在一個模型里，一鍵實現包含中震隔震、中震非隔震、大震隔震等多模型的性能包絡設計工作，方便快捷。采用SAUSG-GZ進行大震彈塑性時程分析。3.1 非隔震模型試算該步不一定所有項目均需要進行，但上部結構構件截面、隔震支座大小是兩個變量，直接以一體化模型進行設計分析，較難或者需要多次試算才能完成一體化模型的調整，而按照降低1度的中震地震力輸入地震參數，對上部結構柱底進行點鉸處理，模擬加了隔震支座的狀態，進行上部結構試算，可較快速的初步確定上部結構構件截面，進而再進行組裝隔震支座層及下部結構，可較快捷的完成一體化模型的試算。注意，在上述非隔震假定模型下進行試算，將結構整體指標調過或接近調過，例如位移比、剛重比、剪重比、軸壓比等，位移角需滿足《隔標》規定的上部結構層間位移角限值。例如：此結構為框架結構，層間位移角需滿足1/400。
3.2 隔震設計參數設置PKPM-GZ模塊提供了隔震信息參數截面，見圖3.1，設計師除了將通用設計參數設置外，僅需在此界面下設置隔震專屬信息，即可快捷完成參數設置。圖3.2為后續版本軟件參數界面，補充按照《抗規》采用一體化模型設計的功能。
3.3 構件性能目標本工程樓層為：地下室一層、下支墩層、隔震支座層、上支墩層、上部結構各層，按照圖3.4示意及《隔標》條文要求指定構件性能目標。而在PKPM-GZ模塊里，在圖3.1隔震信息界面準確輸入隔震支座所在層號、計算底部剪力比層號，再到圖3.3按照流程設置隔震區域構件，在減隔震結構性能設計中復核構件性能目標即可，上述參數存在聯動、關聯關系，極大減少手動指定性能目標的工作量。
3.4 隔震支座的選取和布置本工程教學樓一共布置84個隔震支座，其中LNR600支座6個、LNR700支座18個、LRB600支座26個、LRB700支座31個、LRB800支座3個。鉛芯橡膠支座布置在結構的周邊。各支座類型及支座布置見圖3.5。PKPM-GZ模塊可以進行一鍵自動布置隔震支座，方便快捷的完成隔震支座的初步選型。見圖3.6。
4.1 結構動力特性分析
設防地震（中震）作用下，隔震結構與非隔震結構的周期對比見表4.1（可在后處理菜單→隔震計算書中查看）；《疊層橡膠支座隔震技術規程》規定：隔震房屋兩個方向的基本周期相差不宜超過較小值的30%。由表4.1可知，采用隔震技術后，結構的周期明顯延長，且滿足相關規定要求。4.2 底部剪力比結構底部剪力比值的最大值為0.43，據《隔標》第6.1.3-1條，隔震后結構與隔震前結構底部剪力比不大于0.5時，上部結構按本地區設防烈度降低1度確定抗震措施，經濟效應較好。
4.3 設防地震下彈性層間位移角
表4.3中設防地震下上部結構最不利層間位移角為：X 向：1/667,Y 向：1/700，二者均滿足《建筑隔震設計標準》規定的限值要求。
4.4 隔震層偏心率
上表亦可在隔震計算書中查看，可知，設防地震下隔震層偏心率滿足《建筑隔震設計標準》4.6.2-4 的要求。
4.5 抗風驗算隔震層必須具備足夠的屈服前剛度和屈服承載力，以滿足風荷載和微振動的要求。《建筑隔震設計標準》第4.6.8條規定抗風承載力應符合下式規定：，即1.5Vwkx = 3949.8 < 5034.7kN，1.5Vwky = 5002.1 < 5034.7kN，滿足要求；《抗規》規定：采用隔震的結構風荷載和其他非地震作用的水平荷載標準值產生的總水平力不宜超過結構總重力的10%。本結構總重力荷載代表值為228508.2 kN，其10%大于風荷載產生的水平力2633.2 kN(X向)，3454.8 kN(Y向)，滿足規范要求。以上結果在隔震計算書中展示。4.6 隔震支座驗算為了文字看的清晰，僅以個別隔震支座驗算結果為例，見圖4.6所示。反應譜計算結果，前期參考用。中震、大震下分別切換對應子模型查看即可。
圖4.6?隔震層支座長期面壓、拉壓應力、變形驗算、屈重比驗算結果
4.7 樓面質心水平加速度樓面質心水平加速度需要執行時程分析之后，才能在模型目錄下WDYNA.txt文件下查看。本工程補充中震彈性時程分析，樓面質心水平加速度最大為0.12g，滿足《導則》Ⅱ類建筑中震下的最大樓面水平加速度限值0.45g。
4.8 罕遇地震作用下SSG彈塑性時程分析結果V1版本PKPM接SSG需要“非線性”菜單欄下進入，V2版本后在主界面SAUSG非線性處也可進入，效果一致，見圖4.8。兩軟件隔震后模型的質量相差4.41%，主要周期相差3.34%之內，都非常接近。SSG-PI的相關分析流程不再贅述，PKPM構力學堂及SSG官網均有相關教學視頻可學習。以下列舉部分SSG罕遇地震作用下彈塑性分析的部分結果。4.8.1 按照《建筑隔震設計標準》4.6.9-2條要求：結構整體抗傾覆驗算時，應按罕遇地震作用計算傾覆力矩，并應按上部結構重力代表值計算抗傾覆力矩，抗傾覆力矩與傾覆力矩之比不應小于1.1。經計算滿足規范要求。見表4.9。4.8.2 隔震層最大水平位移165mm，小于0.55D=330mm（D為最小隔震支座直徑，本工程采用隔震支座最小直徑為600mm）及3Tr=333mm（Tr為最小隔震支座的橡膠層總厚度）中的較小值，滿足要求。見圖4.10。
4.8.3 根據《建筑抗震設計標準》12.2.4條及《建筑隔震設計標準》第6.2.1條規定：隔震橡膠支座在罕遇地震的水平和豎向地震同時作用下，拉應力不應大于1.0MPa。見圖4.11。
4.8.4 隔震支座在罕遇地震作用下，支座壓應力最大值為17.55Mpa，滿足《建筑隔震設計標準》第6.2.1條規定：重點設防類建筑橡膠支座最大壓應力限值25Mpa。見圖4.12。4.8.5 在罕遇地震作用下，計算結果滿足《建筑隔震設計標準》第4.5.2條限值1/100要求。
4.8.6 按照《建筑隔震設計標準》4.6.1條要求：當隔震層采用隔震支座和阻尼器時，應使隔震層在地震后基本恢復原位，隔震層在罕遇地震作用下的水平最大位移所對應的恢復力，不宜小于隔震屈服力與摩擦阻力之和的1.2倍。經計算滿足規范要求。4.8.7 隔震審查報告
4.9 配筋結果及施工圖如圖4.15示意，PKPM可以在一個主模型內實現中震隔震模型、大震隔震模型的配筋包絡設計，此時需要從主模型下進入施工圖繪制模塊。另外，如圖4.15示意，計算書可以選擇顯示各個子模型的包絡設計信息，方便設計師查看及提交審圖機構。
5.1 隔震建筑和普通抗震建筑設計的不同前期方案階段需要和建筑及其它專業進行配合：1、確定隔震層設置部位；2、確定隔離縫的位置；3、樓梯、電梯的做法。5.2 隔震、減震、抗震建筑的選擇需考慮的因素：1. 建筑物的重要性程度；2. 抗震設防烈度；3. 經濟性影響。5.3 隔離縫做法
豎向隔離縫（隔震溝）寬度不應小于隔震支座在罕遇地震下最大水平位移的 1.2 倍，且不宜小于 500mm 不應小于300mm。
5.4 電梯井道做法兩種形式的選擇，考慮的因素：1. 施工難度；2. 后期檢修；3. 地震影響。
5.5 隔震層機電設備與管線
隨著綜合國力的逐步提升及行業技術的發展，更多更優的抗震技術也許會出現，而目前減隔震技術的較大范圍的推廣及應用，可較大幅度的改善建筑物的抗震性能。通過本文所述內容及分析結果證明，該工程采用隔震方案是有效可靠的；通過增加隔震層后，有效的降低了上部結構的地震響應，并且結構各項指標均滿足相關規范、規程及標準的要求。基于PKPM+SAUSG的減震隔震一體化設計解決方案，為廣大從業人員提供了便利的工具軟件，既能滿足《隔標》設防地震及正常使用相關技術要點，又能實現構件設計自動滿足不同性能水準的目標要求，可以方便設計師高效完成配筋計算書出圖及相關結構設計指標整理的工作。
河南省城鄉規劃設計研究總院股份有限公司是一家集城鄉規劃、市政工程、建筑工程及風景園林工程等各類工程設計與技術咨詢、科研等職能為一體的國家高新技術企業。全院在職職工達到2025人，其中享受省政府特殊津貼專家1人，河南省勘察設計大師3人，教授級高級工程師51人，高級職稱340余人，中級職稱870余人，各類注冊人員240余人，博士6人，在站博士后8人。設有國家博士后科研工作站、河南省企業技術中心、鄭州市飲用水安全保障技術工程研究中心、城市規劃研究中心、城市交通研究中心、小城鎮研究中心、綠色建筑設計研究中心、海綿城市研究中心等多個技術研發平臺。我院是河南省國土空間規劃智庫、河南省城鄉基礎設施標準化委員會的依托單位，與同濟大學、鄭州大學、河南大學等多家高校建立了合作關系，科研成果豐碩。共完成科研課題百余個，在研課題20個，獲得發明專利7項，實用新型52項，軟件著作權31項。受邀主持、參與編制國家級、大區級、省級技術標準、導則23項。近幾年全院員工出版專著17部，發表論文百余篇。來源：SAUSG非線性仿真
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