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摘要：我国工程在建设的过程中，经常会遇到软土地基，本文研究土与结构相互作用（SSI）对多层及中高层基础隔震建筑地震需求及隔震效率的影响规律，隔震层采用LRB铅芯橡胶与LNR普通橡胶隔震支座组合，就我国现行《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）中软土场地设置隔震层问题做探讨。对不同场地及隔震设计目标下的多层及中高层基础隔震结构进行时程分析。研究表明：软土场地基础隔震建筑隔震层的有效隔震效率相对于硬土场地有所下降，必须通过调整隔震层支座的力学性能来满足隔震目标。本文给出了铅芯橡胶支座极限变形需求随建筑总高及隔震目标变化的规律。
关键词：基础隔震；软土场地；LRB；SSI效应；水平向减震系数
引言
随着经济发展，隔震技术作为一种被动控制技术越来越多地应用于建筑结构抗震工程中，在I类、II类场地的隔震效果最为显著，地震波在坚硬场地土中其特性改变较小，地震波通过该类场地输入到上部结构，其响应通常受上部结构特性影响较大。而对于中软场地土，尤其IV类场地，如要采用隔震技术则需要进行专项研究。地震波在中软场地土中传播过程中，会改变其部分运动特性，另外由于场地土较软，结构自振特性会有基底摇摆的作用，从而进一会降低隔震效果。
1 建筑结构隔震减震介绍
隔震就是在房屋基础、底部或下部结构与上部结构之间设置由叠层橡胶隔震支座和阻尼装置等部件组成具有整体复位功能的隔震层，以延长整个结构体系的自振周期，减少输入上部结构的水平地震作用，达到预期防震要求。其特点如下：（1）隔震属于被动的抗震技术，通常设置在建筑的底部，不易更换。（2）隔震效果最彻底，降低地震作用50%～80%。（3）适用于多高层建筑，在高烈度区技术经济效益尤为明显。消能减震指在房屋结构中设置消能器（阻尼器），通过消能器的相对变形和相对速度消耗输入结构的地震能量，给结构提供附加阻尼，达到预期防震减震要求。其特点如下：（1）通常的消能减震属于被动抗震技术，抗震抗风，易更换。（2）减震效果明显，降低地震作用15%～40%。（3）适用范围广，几乎适用于所有结构形式和建筑高度，包括多高层、超高层建筑、大跨桥梁等。（4）产品种类多，减震效果存在不确定性，一定程度影响上部建筑使用功能，构造相对复杂，需要进行防腐处理，注意维护，通常建筑使用寿命内需要更换。
2新型组合基础隔震方案
提出两种新型组合基础隔震方案：①新型组合隔震Ⅰ：滑板支座（ESD）+铅芯橡胶复位装置（LRB）；②新型组合隔震Ⅱ：滑板支座（ESD）+铅芯橡胶复位装置（LRB）+黏滞阻尼器。研究表明，在5MPa的较小竖向压缩面压下，铅芯橡胶支座的变形能力有一定的提高，可获得400%剪切应变（对应于0．7～0．8D支座剪切变形）的良好变形能力．为此两种新型组合基础隔震方案中由滑板支座承担柱与剪力墙等构件的竖向荷载，铅芯橡胶复位装置因无需承担竖向荷载，因而不受0．55D的最大变形限值的限制，从而获得更大的变形能力，起复位与耗能作用，故而避免传统铅芯橡胶支座基础隔震中支座由于大的支座面压和大位移下发生剪压破坏。新型组合隔震Ⅱ中黏滞阻尼器可以进一步控制隔震层的过大变形。
3软土场地基础隔震建筑减震性能
3.1 软土场地
软土场地一般指由淤泥和淤泥质土组成的场地，主要是淤泥沉积物及少量腐殖质组成的土，具有天然含水量大、压缩性高、承载能力低、抗剪强度低、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。常见于滨海、湖沼、谷地、河滩等。在场地类型划分中，软土场地被归为IV类场地或III类场地。
3.2 隔震方案选取
通过对IV类场地和III类场地下不同的隔震结构进行时程分析，得出当隔震层刚度相对较大时，楼层剪力和位移也比较大，减震系数较难达到目标值。为达到目标减震系数，需要降低隔震层的刚度，即软土场地要求隔震层刚度较小，在上部结构荷载较大或楼层较多时，隔震层的位移也会相应增大，对支座的极限变形能力要求提高，所以同时需要隔震层有较大的阻尼。可以通过采用滑板支座或特殊设计的低刚度铅芯橡胶支座，来降低隔震层的总刚度。软土场地对隔震的另一不利因素是罕遇地震下隔震层位移过大，在降低隔震层刚度同时需要在隔震层使用粘滞阻尼器，增大隔震层阻尼，减小罕遇地震时隔震层的位移，达到控制隔震层过大位移的效果。
对于多塔带裙房的结构，隔震方案常用的有三种，在软土场地下各方案对比如下：1）将上部结构分成相对规则的单体，进行单独隔震。但此类设计两相邻隔震建筑之间需要预留隔震沟，且隔震沟宽度不小于两相邻建筑最大位移之和，软土场地上隔震层位移普遍较大，从而导致建筑室内楼地面需要留设非常宽的变形缝，影响建筑使用功能。2）上部结构做成整体，进行整体隔震设计。此类设计上部结构受力状态复杂，常常会出现应力变形集中，导致局部破坏严重。3）选用隔震层作为大底盘，上部结构通过隔震缝分隔成独立规则的结构单元，经计算，本工程各结构单元之间设置150mm宽防震缝即可满足要求。综合考虑，第3种形式对于多塔带裙房结构的使用功能影响较小，而结构工作受力状态合理，对于上部结构体量巨大、体型复杂的建筑物采用上部结构设缝的大底盘多塔隔震形式是合理的。
结语
综上所述，本文运用时程分析方法研究了III类场地和IV类场地即中软土场地下，隔震建筑的减震效果及方案选取。主要结论如下：（1）软土场地，采用常用的隔震支座较难实现隔震目标，可以通过使用滑板支座（ESD）+铅芯支座的方案，降低隔震层的总刚度，以实现隔震目标；（2）软土场地在罕遇地震下，隔震层的位移过大，对支座极限位移要求较高，可通过在隔震层使用粘滞阻尼器，增加隔震层的耗能能力来降低罕遇地震下的位移；（3）软土场地多塔带裙房等复杂体型的建筑，可以选用大底盘多塔隔震形式，在保证隔震效果的同时又能兼顾各塔楼及裙房的使用功能。
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