【精品案例】高大、任性平凉博物馆设计解决方案（设计与分析）

A方案正透视图

B方案正透视图

1 工程概况

本项目位于平凉市崆峒区官庄村，建筑面积21636m2，建筑高度34.335m。主塔地上5层，层层向上收进，二层以上四角设四个副塔，无地下室，采用钢筋混凝土框架结构体系。场地类别Ⅱ类，设计地震分组第三组，抗震设防烈度8度（0.20g），属重点设防类（乙类）建筑。

2 隔震结构设计目标

延长结构自振周期，减小结构上部地震动输入，提高结构抗震安全性，保障贵重展品以及人民生命财产安全。隔震结构主要抗震性能目标如下：1)上部结构按本地区抗震设防烈度降低一度（7度，0.10g）进行设计；2)大震时上部结构层间位移角小于1/100。

3 计算参数及隔震支座选型布置

3.1 计算模型

上部结构设计采用YJK软件，隔震分析采用ETABS软件，使用ETABS中的连接单元“rubber isolator”模拟橡胶隔震支座。ETABS计算模型由YJKETABS程序转换得到，然后在柱底施加隔震支座和边界条件，隔震后计算模型如图1所示，结构含一个主塔（T1）和四个副塔（T2~T5）。

图1结构有限元模型

首先校核ETABS模型的准确性，将EATBS和YJK非隔震模型计算得到的质量、周期、层间剪力进行对比，结果表明，两个程序计算所得相关参数误差均在5%以内，且个别差异源自程序自身统计方面的误差（如坡屋面质量统计等）。因此，认为用于本工程隔震分析计算的ETABS模型与YJK模型是一致的。

3.2 隔震支座布置及性能参数

本工程采用一柱一支座布置方法，选用天然橡胶支座（LNR）和铅芯橡胶支座（LRB）两种类型支座，根据以上原则，共使用LRB600（32个），LRB700（47个），LRB800（41个），LNR900（21个），LNR1000（15个），共156个隔震支座。隔震支座重力荷载代表值下压应力均不超过12MPa，基本呈双轴对称布置。隔震支座力学性能参数见表1。

3.3 地震波选取

本工程按照隔震前和隔震后模型分别选取7组地震波，包含5组天然波和两组人工波，保证隔震前、后模型时程分析所得基底剪力的平均值与反应谱法结果之比控制在1.05左右。时程分析和反应谱法计算所得结构基底剪力情况见表2，3。

4 隔震分析计算结果

隔震结构与非隔震结构的周期对比见表4，隔震后结构周期明显延长，阻尼比变大。采用隔震技术后，两个方向的基本周期相差很小，表明隔震支座布置合理，刚度分布均匀。

4.1 水平向减震系数取值

本工程为多塔高层结构，结构布置基本对称，加设隔震支座后，结构前两阶振型均为平动，且振型方向因子大于0.98，不存在塔楼偏置引起的扭转效应，因此，时程分析地震波均按单向输入。

4.2 罕遇地震隔震支座剪力和位移

将上述所选的两套地震波加速度峰值按比例放大，进行隔震结构大震弹塑性时程分析，结构隔震支座剪力和位移取7组地震波的平均值，计算结果显示，按非隔震模型所选地震波的计算结果明显小于按隔震模型所选地震波的计算结果，前者基底剪力平均值大约是后者的0.65倍。保守起见，本工程以隔震后模型所选地震波计算结果为依据。

本工程罕遇地震作用下隔震支座的水平向最大平均位移为314＜330mm（直径600支座的最大允许变形600×55%=330）。支座选取满足结构在罕遇地震作用下的水平变形要求。

5 抗风验算及抗震设计

5.1 抗风验算

本工程风荷载作用下隔震层的水平剪力标准值Vwk=1249kN，结构总重力的10%即0.1×63380×9.81=62175kN，隔震层的屈服承载力VRw=90.4×32+123.1×47+160.8×41=15271kN。即1.4Vwk<0.1Geq

5.2 抗震设计

隔震层以上结构按本地区设防烈度降低一度（7度0.10g）进行抗震设计，不再赘述。

6 大震弹塑性时程分析及性能评估

《抗规》第5.5.2条规定，采用隔震设计的结构应进行罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形验算。用ETABS软件对按照上述要求设计的上部结构进行大震弹塑性分析，其中梁、柱采用集中塑性铰模型，普通橡胶支座假定为弹性，铅芯橡胶支座选用无刚度退化的标准二折线恢复力模型，得到结构层间位移角分布如图2所示。

由图2可知，罕遇地震作用下结构层间位移角最大值远小于1/100，满足规范及预设性能目标要求。

7 支墩设计

《抗规》第12.2.9条规定：隔震层的支墩、支柱及相连构件，应采用隔震结构罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩进行承载力设计；隔震层以下的结构（地下室等）中直接支撑隔震层以上结构的相关构件，应满足嵌固的刚度比和隔震后设防地震的抗震承载力要求，并按罕遇地震进行抗剪承载力验算。

罕遇地震下隔震支座最大轴力、最大剪力，取大震时程分析各条地震波计算所得支座剪力的平均值。罕遇地震下隔震支座对支墩的附加弯矩，取轴力P与0.5倍支座最大位移的乘积。

根据以上计算求得轴力P、剪力V以及附加弯矩M标准值用于支墩设计。

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