1.1 ?工程名稱：劍川縣金華鎮第一完小建設項目——綜合樓1.2??建設地點：云南省大理白族自治州劍川縣金華鎮1.3 ?設計單位：大理州設計院有限公司
1.4 ?工程概況：劍川縣金華鎮第一完小建設項目——綜合樓，位于大理州劍川縣金華鎮第一完小校園內，建筑面積3595.46㎡，平面尺寸67.20x15.00m，長寬比=4.48；建筑高度19.20m(四層），高寬比=1.28，項目效果圖如圖1所示。采用鋼筋混凝土框架結構體系，安全等級一級。
1.5 ?抗震設防信息：抗震設防烈度8度，設計基本地震加速度峰值為0.3g，設計地震分組第三組，Ⅲ類場地，場地特征周期0.65s。根據地勘報告及邊坡計算依據，本項目考慮近場1.25的放大。
1.6 ?隔震技術應用信息：本項目處于高烈度區，根據《建筑工程抗震設防分類標準》GB 50223－2008，學校屬于重點設防類建筑。依據《建筑工程抗震管理條例》（國務院令第744號）的相關規定，需要采用隔減震等技術。本工程采用隔震設計，支座為疊層橡膠隔震支座，建立PKPM一體化模型如圖2所示。
1.7 ?分析軟件：本項目采用PKPMV1.5.1版軟件設計，ETABS軟件做罕遇地震彈塑性時程分析補充。
本工程隔震設計所依據的主要規范、圖集如下：1)?《工程結構通用規范》GB55001-2021；2)?《建筑與市政工程抗震通用規范》GB55002-2021；
3)?《建設工程抗震管理條例》（國令第744號）；
4)?《鋼結構設計標準》GB 50017-2017；
5)?《建筑抗震設防分類標準》GB50223－2008；
6)?《建筑結構荷載規范》GB50009－2012；
7)?《建筑結構可靠性設計統一標準》GB50068－2018；
8)?《建筑抗震設計規范》GB 50011－2010（2016版）；
9)?《疊層橡膠支座隔震技術規程》CECS126：2001；
10)?《混凝土結構設計規范》GB50010－2010（2015版）；
11)?《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3－2010；
12)?《建筑地基基礎設計規范》GB50007－2011；
13)?《建筑結構隔震構造詳圖》03SG610－1；
14)?《建筑工程疊層橡膠隔震支座性能要求和檢驗標準》DBJ53/T-47-2020；
15)?《建筑工程疊層橡膠隔震支座施工及驗收標準》DBJ53/T-48-2020；
16)?《建筑隔震工程專用標識技術規程》DB53/T-70-2015；
17)?《建筑隔震設計標準》GB/T 51408-2021；
18)?《建筑隔震構造詳圖》滇20G9-1；
19)?委托方提供的有關資料和圖紙。
3.1 ?工程地質條件本工程依據《劍川縣金華鎮第一完小建設項目——綜合樓巖土工程詳細勘察報告》進行基礎設計，具體地勘信息本文略，建筑基礎為柱下條形基礎，持力層為深攪加芯復合地基，承載力特征值按ak=140kpa，基礎埋深±0.00以下3.30m。3.2 ?建筑設計基本條件
本工程主要建筑設計基本信息如下表1：
3.3 ?結構平面布置外輪廓形狀基本為矩形，平面布置相對均勻規則，結構平面布置見下表2：
3.4 ?樓（屋）面荷載樓、屋面活載結合業主相關要求及《工程結構通用規范》GB 55001-2021第4.2.3條規定，取值如下表3。上部建筑部分：玻璃門窗荷載按1.5kN/m2計算；隔墻按蒸壓加氣磚砌塊荷載按8kN/m3計算，兩側20mm厚混合砂漿另算；最終墻體線荷載按2.5kN/m2計算。
3.5? 風荷載根據《建筑結構荷載規范》（GB 50009-2012），50年一遇基本風壓為W0=0.45 KN/m2，用于位移控制；用于舒適度控制取10年重現期風壓。建筑物地面粗糙度類別為B類。體型系數參照《建筑結構荷載規范》表8.3.1風荷載體型系數，矩形平面風荷載體型系數取1.3。3.6? 地震作用
根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2016）及勘察報告，本工程抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度0.30g，設計地震分組為第三組，場地類別為Ⅲ類，場地特征周期Tg=0.65s，計算罕遇地震作用時場地特征周期Tg=0.70s。根據《建筑隔震設計標準》4.1.4條，本工程距發震斷裂約1.5km，地震動參數計入近場影響，乘以增大系數1.25，具體地震動參數如下表4：
4.1 ?隔震設計應用流程本項目采用PKPM軟件將上下部結構整體建模直接分析設計，并順接基礎進行設計，流程如下圖3所示。建立了隔震模型后，需對隔震分析信息進行定義，布置隔震支座，并生成設防地震下非隔震與隔震模型，罕遇地震下的隔震模型。
在PKPM軟件中定義隔震結構設計方法為“直接設計法”，底部剪力比由設防地震下隔震模型與非隔震模型計算比值確定。高度小于60m，依據《新隔標》4.1.3-2、3條，可采用復振型分解反應譜法（CCQC）結合迭代計算的方法進行隔震結構的設計工作。
CCQC方法考慮隔震層部分支座的非線性屬性，隔震層的等效剛度和等效阻尼比由軟件基于反應譜結果多次自動迭代確定。
4.2 ?隔震結構性能目標根據《隔標》第4.4.6條，需為隔震建筑進行構件性能目標的分類。參照該4.4.6條的條文說明，同時對該結構的體系等信息進行綜合考量后，本項目在設防地震和罕遇地震作用下的隔震目標和性能目標如表5：
根據《隔標》第4.7.2條，隔震區域構件（對于該結構為上、下支墩）應進行罕遇地震下的承載力驗算，需滿足抗彎不屈、抗剪彈性的要求，同時考慮隔震支座大變形帶來的附加彎矩作用。PKPM已內置隔震區域構件指定與大震承載力驗算和配筋的功能，同時可以按照《隔標》附錄C考慮支座的附加彎矩作用。隔震區域的也可采用復振型分解反應譜法結合迭代剛度和阻尼的方法來初步計算大震受力并進行配筋。出于安全考量，后續進行罕遇地震彈塑性時程分析的時候還需對隔震區域構件的性能狀態進行特別驗算評估。
4.3? 隔震支座選型與布置本工程采用的橡膠隔震支座，該結構共使用了40個支座(其中包含1套雙支座)，各類型支座數量及力學性能詳見表6和表7。隔震結構屈重比（25×106）/74260=0.036：
隔震支座的布置位置詳見下圖4：
4.4? 設防地震水準分析4.4.1 ?偏心率隔震結構的偏心率是隔震層設計中的一個重要指標，根據《隔標》第4.6.2-4條，隔震層剛度中心與質量中心宜重合，設防烈度地震作用下偏心率不宜大于3%。
本報告在進行隔震層設計時，也對隔震系統的偏心率進行了計算，計算結果為：X方向0.60%，Y方向1.36%，詳見下表8：
4.4.2? 隔震支座重力荷載代表值作用下壓應力荷載組合為：1.0恒載+0.5活載，各個支座壓應力見表9，由表可知，橡膠支座壓應力最大值為-5.77MPa，出現在第23號支座LNR800-Ⅱ，乙類建筑壓應力限值為12MPa，支座有足夠的安全儲備。
4.4.3? 隔震層抗風承載力驗算根據《隔標》第4.6.8條，由隔震層抗風裝置和隔震支座屈服力設計值共同構成的隔震層抗風承載力設計值應不小于風荷載作用下隔震層水平剪力標準值的1.4倍。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。
，即1.4×1625=2275kN ＜106*25=2650kN （各鉛芯支座的屈服力之和），滿足要求。
4.4.4? 隔震層水平抗恢復力特性隔震層必需具備足夠的屈服前剛度，以滿足風荷載和微振動的要求。將鉛芯橡膠支座水平剛度簡化為雙線性力學模型、天然橡膠支座的水平剛度簡化為線性力學模型，隔震層的水平恢復力特性由鉛芯橡膠支座和天然橡膠支座共同組成。隔震支座的彈性恢復力驗算：
F=∑Vi≥1.2VRW
式中：Vi--支座在罕遇地震作用下產生的最大剪力（1≤i≤39）
即有：支座彈性恢復力F=∑Vi=18663KN；=3180KN，F>；隔震支座彈性恢復力滿足要求。4.4.5? 反應譜迭代分析應《隔標》第4.2.2-1條要求，隔震結構的自振周期應根據不同地震作用烈度下的支座水平位移確定，可采用振型分解反應譜法結合迭代計算確定。同時根據規范條文說明4.3.2條，《隔標》中采用的振型分解反應譜法默認是基于考慮阻尼矩陣的復振型分解反應譜法，以保證隔震層大阻尼比情況下計算結果的準確性。現使用PKPM軟件提供的基于復振型分解反應譜法進行自動迭代計算的功能，計算出隔震前與隔震后結構的自振周期在表11中給出。此外，《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11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。
基于復振型分解反應譜法結合迭代計算得出的設防地震下樓層剪力與隔震前結構進行對比，如下表12，基于隔震后/前結構的底部剪力比進而確定上部結構的抗震措施。
由表12分析得到隔震層以上結構隔震前后，結構底部剪力比值的最大值為0.29，據《隔標》第6.1.3-2條，隔震后結構與隔震前結構底部剪力比不大于0.5時，上部結構可按設防烈度降低1度確定抗震措施。因此，上部結構的抗震等級由一級降為二級。4.4.6? 上部結構變形驗算《隔標》4.5.1規定，上部結構在設防地震作用下的結構樓層最大彈性層間位移角按鋼筋混凝土框架結構體系應滿足1/400的要求。軟件后處理文本結果中可以默認顯示不同工況下的結構樓層位移指標統計結果，需要注意根據不同位置規范上層間位移角的要求，可以人為調整“位移比和位移角規范限值”。本項目提取變形結果如下表13：
4.5? 罕遇地震水準分析將ETABS和PKPM非隔震模型計算得到的質量和周期進行對比，結果如表14、表15所示。表中差值為：（|ETABS-PKPM|/PKPM）×100%。特別地，因為目前僅PKPM軟件提供了《隔標》規定的復振型分解反應譜法自動迭代計算的功能，ETABS軟件中還未增加此功能。此處對比模型時為了向下兼顧ETABS軟件，將PKPM中的分析方法選擇為實振型分解法（CQC），等效剛度和阻尼設置為100%變形值，以便與ETABS分析設置保持一致，因而隔震后結構的較復振型反應譜迭代的結果有所偏差，該調整僅作對比模型轉換的差異用。
注：周期對比時采用100%剪應變時等效線性剛度。由表14可知，兩軟件隔震前/后模型的質量非常接近。由表15可知，兩軟件隔震前/后模型的主要周期都非常接近。綜上所述，用于本工程隔震分析計算的ETABS模型與PKPM模型是一致的
4.5.1 ?地震動選取
根據《隔標》4.1.3條，每條地震加速度時程曲線計算所得的結構底部剪力不應小于振型分解反應譜計算結果的65%，多條時程計算的結構底部剪力的平均值不應小于振型分解反應譜法計算結果的80%。同時為了確保地震波選擇的嚴謹性，參照《建筑抗震設計規范（GB50011-2016）》第5.1.2條規定：采用時程分析法時，應按建筑場地類別和設計地震分組選用實際強震記錄和人工模擬的加速度時程，其中實際強震記錄的數量不應少于總數的2/3，多組時程的平均地震影響系數曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符。
本工程選取了實際5條強震記錄和2條人工模擬加速度時程，7條時程主要信息如表16。
4.5.2? 上部結構彈塑性層間位移角根據《隔標》4.5.2條規定，罕遇地震下的上部結構彈塑性層間位移角在鋼筋混凝土框架結構體系下須滿足1/100的要求。具體驗算結果如下表17所示，可以看出，滿足《隔標》限值要求。
4.5.3? 隔震支座位移罕遇地震下隔震層水平位移計算采用的荷載組合：1.0×恒荷載＋0.5×活荷載＋1.0×水平地震；其荷載組合為：1.0D+0.5L+1.0Fek。得到罕遇地震下各個支座最大水平位移，詳見表18。
由表18可知，隔震層最大水平位移346mm，小于0.55D=440mm（D為最小隔震支座直徑，本工程采用隔震支座最小直徑為800mm）及3Tr≥441mm（Tr為最小隔震支座的橡膠層總厚度）中的較小值，滿足要求。考慮邊支座扭轉系數1.15，1.15×346=398mm，邊支座直徑為800mm,398mm<min（0.55d，3tr）=440mm,同時，x、y向支座位移平均值扭轉位移比均小于0.05，滿足要求。< font="">隔震溝取值為450mm。根據《隔標》第5.4.1條規定：上部結構與周圍固定物之間應設置完全貫通的豎向隔離縫以避免罕遇地震作用下可能的阻擋和碰撞，隔離縫寬度不應小于隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移的1.2倍且不應小于300mm。對相鄰隔震結構之間的隔離縫，縫寬取最大水平位移值之和，且不應小于600mm。對于相鄰的高層隔震建筑，考慮到地震時上部結構頂部位移會大于隔震層處位移，因此隔震縫要留出罕遇地震時隔震縫的寬度加上防震縫的寬度。上部結構和下部結構之間，應設置完全貫通的水平隔離縫，縫高可取50mm，并用柔性材料填充；當設置水平隔離縫確有困難時，應設置可靠的水平滑移墊層。
隔震構造措施的具體做法參考圖集《樓地面變形縫》04J312和《建筑結構隔震構造詳圖》03SG610-1。
4.5.4? 隔震支座拉壓應力
根據《抗規》12.2.4條規定及《隔標》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，乙類建筑壓應力不應大于25MPa。
隔震支座拉應力驗算采用的荷載組合：1.0×恒荷載-1.0×水平地震－0.5×豎向地震，
隔震支座壓應力驗算采用的荷載組合：1.0×恒荷載+0.5×活荷載+1.0×水平地震+0.4×豎向地震，得到罕遇地震下各個支座承受的最大拉應力和壓應力，具體支座拉壓應力結果詳見表19。
由表19知，在罕遇地震作用下，支座最大拉應力0.75MPa，出現在7號支座LNR800-Ⅱ, 小于限值1MPa;支座最大壓應力-8.47MPa，出現在26號支座LRB800-Ⅱ，小于限值25MPa；隔震支座拉壓應力滿足規范要求。
5.1 ?隔震支座的上下聯結本隔震支座的上下聯結板與上下結構分別采用螺栓連接，該螺栓應該采用可拆換性的外插入螺栓聯接方案，參見下圖5。所有聯結螺栓或錨固鋼筋，均按罕遇地震作用下產生的水平剪力、彎矩和可能出現的拉力進行強度驗算。
5.2? 管線處理穿越隔震層的管線及其處理方案，參見圖6。（1）電線：在隔震層處留足多余的長度。
（2）上水管、消防管、下水管：穿越隔震層處設置柔性段，采用立管的方式；柔性段的類型、材料根據管道的用途由單體設計確定，應能保證發生規定的位移，當管道穿越隔震支座標高時，應保證管道及附件與結構的最小距離不小于400mm，分別固定于上部結構及基礎的管道之間必須保持不小于400mm 的距離，當管道有法蘭、閥件、支吊架等附屬物時，間距按附屬物外邊緣計算。
（3）熱水管、燃氣管：可參考（2）中管道的做法。
（4）避雷線：當利用結構鋼筋作避雷線時，應在隔震支座的上下連接板之間用銅絲聯接，當專設避雷線時，應在隔震層處留足多余的長度。
隔震設計中的構造處理也是影響隔震效果中的非常重要因素，設計師應加強理解與認識，此次篇幅原因簡略，具體請參看相應的構造處理圖集。
本文主要基于劍川縣金華鎮第一完小建設項目——綜合樓隔震單體工程，分享了項目的基本信息、設計依據、上部結構初步設計條件、隔震設防水平及罕遇地震水準相應設計、隔震層連接構造等內容，希望在以后的隔震設計項目中給大家起到參考作用。
大理州設計院有限公司，前身為大理州建筑設計院，成立于1958年，于2021年4月改制為國有企業后，劃轉為大理州建設投資(集團)有限公司下屬子公司。同年7月，大理州建筑設計院、大理州城鄉規劃設計研究院、興大工程勘察設計有限公司整合重組為大理州設計院有限公司。當前，公司下設建筑工程設計一所、審圖中心、總工辦、工程檢測公司等十余部門的綜合性企業，擁有員工219人，專業技術人員192人，其中正高級工程師3人，副高級工程師73人，工程師60人，各類注冊師59人。大理州設計院有限公司立足大理州面向全省，業務精良、成績裴然。建院66年來開展了上千項工程設計咨詢項目，創作出了一大批反映時代特征、民族風格和地方特色的建筑設計作品，多項規劃設計和工程咨詢成果在國家和省、州行業評比中獲獎，并得到社會各界的一致好評，贏得了良好的社會信譽。改制后，公司勵精圖治，面向未來，優質服務，強化管理和技術創新以人為本，堅守初心，堅守初心，致力于打造大理州及滇西地區極具影響力的以規劃、設計、勘察、咨詢、檢測為主，面向全過程項目管理和技術支撐的科技型企業。
供稿丨胡亞華、陳敏（大理州設計院有限公司）審稿丨劉孝國、黃怡萍、李斌編輯丨王蕊? ?責編丨張躍飛
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