1     工程概況

項目為昆明市西山區(qū)?？谄瑓^(qū)棚戶區(qū)改造的天湖景秀和天湖瑅灣小區(qū)，總建筑面積為37.5萬m²，地下2層（含非機動車夾層），地上由15棟住宅塔樓與若干獨立商業(yè)組成，天湖景秀小區(qū)建筑效果圖與其百米高塔樓結構模型見圖1和圖2。

圖1   天湖景秀小區(qū)建筑效果圖

圖2   32層塔樓計算模型

15棟塔樓中有9棟地上26層，1棟塔樓地上27層，2棟塔樓地上31層，3棟塔樓地上32層，均為剪力墻結構，并采用基礎隔震技術，隔震層設置在3.2m層高的非機動車夾層。本文以32層塔樓（圖3）為例進行分析，此塔樓屋面高度為93.07m，最大高寬比為3.85，最大建筑總高99.75m，為目前國內最高隔震建筑。

此塔樓結構設計使用年限為50年，建筑結構安全等級為二級，基礎設計等級為甲級。建筑抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為8度，基本地震加速度為0.20g（第三組），場地類別為Ⅱ類，場地特征周期為0.45s，多遇地震時阻尼比為0.05?；撅L壓取0.33kN/m²，地面粗糙度類別為B類。

圖3   建筑剖面圖

2     結構布置

結構平面為矩形，外軸線尺寸為24m×28m，標準層建筑平面見圖4?；炷翉姸鹊燃墸杭袅南碌缴蠟?/span>C50~C30，下支墩為C50，上支墩與隔震頂蓋為C45，標準層樓蓋為C30。剪力墻厚度：首層為300mm，標準層為250~200mm。支墩采用型鋼混凝土，其截面為1400mm×1400mm，型鋼截面為十字形的雙H800×220×18×18(Q345B)。隔震層轉換梁為型鋼混凝土梁，截面為900mm×1200mm，內置型鋼截面為H900×200×16×16(Q345B)。樓板厚度：隔震層頂板為180mm，標準層為100mm，屋面為120mm。

圖4   標準層建筑平面圖

3      結構計算與分析

3.1   設計性能目標

結構各部分具體性能目標見表1。

3.2   隔震支座布置

該塔樓布置鉛鋅橡膠支座（LRB）和天然橡膠支座（LNR）共26個（圖5），直徑為1000~1200mm。其中，LRB1000與LRB1100各6個，LRB1200為8個，LNR1000為2個，LNR1100為4個。

圖5    隔震支座布置平面圖

3.3   隔震分析

3.3.1  計算模型

計算隔震結構在剪切變形100%時的動力特性，隔震前、后結構的前3階振型周期見表2。

3.3.2  時程分析

（1）時程函數(shù)輸入

根據(jù)抗規(guī)選取了5條天然波（IMP，N2615，N2893，N746，TAF波）和2條人工波（REN1，REN2波），對比7條地震波和規(guī)范反應譜曲線（圖6）可得，7條地震波的峰值加速度、有效持續(xù)時間都可較好地滿足抗規(guī)要求。

圖6  時程反應譜與規(guī)范反應譜曲線

（2）水平減震系數(shù)

由中震下非線性時程分析可得，結構隔震前后的X向層間剪力和傾覆力矩的比值及平均比值見圖7。取結構兩個方向兩者平均比值的最大值作為水平向減震系數(shù)，其值為0.368，因此，隔震結構具有良好的減震效果。

圖7   隔震前、后結構X向層間剪力及傾覆力矩的比值

（3）其他主要成果

中震作用下僅下部有部分連梁屈服，大震作用下部分連梁屈服且底部少量墻肢屈服；上部結構最大層間位移角為：中震時1/893，大震時1/537，滿足性能設計目標。

3.3.3  隔震計算主要控制性指標

（1）隔震系統(tǒng)偏心率

隔震系統(tǒng)的偏心率為：X向0.11%，Y向0.27%，上部結構質心與隔震層剛心基本重合。

（2）樓層最小剪力系數(shù)

上部結構設計時，隔震后水平地震影響系數(shù)最大值α_max1實際取0.08，計算的樓層剪力系數(shù)最小值為：X向2.44%，Y向2.48%；隔震后結構基本周期為4.673s，介于3.5~5.0s之間，按8度抗規(guī)要求的最小樓層剪力系數(shù)為2.574%，故兩方向計算值均小于抗規(guī)的限值2.574%，且不滿足的樓層為底部2層（占總樓層數(shù)的7%），通過全樓地震作用放大系數(shù)取1.06重新計算，調整后結構兩方向最小樓層剪力系數(shù)分別為2.586%與2.629%，可滿足抗規(guī)要求。

（3）支座應力與變形驗算

大震組合下支座最大壓應力、最大拉應力分別見圖8、9。均滿足相關要求。

（4）抗風驗算

根據(jù)《疊層橡膠支座隔震技術規(guī)程》（CECS 126：2001）第4.3.4條的規(guī)定，對抗風裝置進行驗算，其結果為：風荷載設計值為3400kN，小于各鉛芯支座的屈服力之和6100kN，滿足要求。

3.4   隔震構造

（1）隔震層房屋周邊設置水平隔震溝，溝寬及所有穿越隔震層的構件和設備管線的防碰撞寬度按不小于罕遇地震時最大水平位移的1.2倍，取600mm。

（2）上部結構與下部結構之間（如隔墻、通風井等）設置了完全貫通的水平隔離縫，縫高20mm，用柔性材料填充。隔震層及以下的樓梯、電梯設置分縫、隔離井，防止碰撞。

（3）設備各專業(yè)的隔震構造原則按《建筑結構隔震構造詳圖》（03SG610-1）設計，并針對項目進行專門的構造設計。

（4）按建筑防火要求，采用外包防火板做法，隔震支座的耐火時限滿足要求，且其構造做法不得限制和影響隔震支座在地震時的自由變形。

（5）應定期觀察隔震支座的變形及外觀，經常檢查和清除可能限制隔震位移的障礙物，且地震后應及時檢查或修復。

4      結構設計中的關鍵問題

4.1   減震效果與結構經濟性

采用3種大直徑支座，LRB與LNR混合布置，LRB支座布置在抗扭有利位置，并控制隔震層偏心率。

采用隔震技術獲得了良好的整體經濟性，直接建設成本增加約27元/m²，但計入地下室增加車位的因素后實際建造成本可與非隔震方案基本持平；而隔震建筑可對主體結構、圍護結構及人員財產實現(xiàn)三重保護，并且對超烈度地震作用也具有較好的適應性，從根本上避免或大大降低了中、大震下的直接和間接經濟損失。

4.2   下部結構與基礎構件設計

隔震層頂蓋按上部結構整體計算，基礎抗震驗算仍按本地區(qū)設防烈度確定。下部結構為鋼筋混凝土框架-剪力墻結構，通過對不同構件采用相應水準的地震內力組合進行計算控制，確保達到抗規(guī)和性能目標的要求。

4.3   支座更換設計

由于房屋高度大，單個隔震支座軸力很大，房屋建設、使用過程中或遭受大地震時可能出現(xiàn)支座更換，因此需要進行更換支座（圖10）模擬驗算和設計。

設計更換支座的方案為：1）在地下室隔震支墩端柱外設置鋼筋混凝土寬厚剪力墻翼墻，作為支座更換時的下承重構件；2）利用隔震層頂蓋的型鋼混凝土梁作為支座更換時的上承重構件；3）隔震層在需要更換的支座附近，在上承重型鋼混凝土梁與下承重墻之間設置千斤頂組，千斤頂上下可設置鋼結構或混凝土臨時墊塊，千斤頂頂升承重后即可更換隔震支座；4）上承重型鋼混凝土梁承載力（抗彎4600kN·m，抗剪6135kN）可滿足要求，下承重剪力墻承載力可滿足要求，基礎因荷載未增加、更換時間短且分布變化較小也滿足要求；5）具體隔震裝置的更換細節(jié)方案，需協(xié)同制作、安裝、維護等各方進行施工專項設計。

圖10   隔震支座更換裝配示意圖