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基于ABAQUS的建筑结构隔震分析

陈晓明

中国建筑科学研究院

摘要:采用隔震方案的建筑结构，在小震作用下，如果结构底部剪力可以减小50%，则按

照规范规定，结构的设防烈度可以降低一度按照常规方法设计。本文通过时程分析方法，

考察隔震结构在罕遇地震作用下的抗震性能，结果显示，在罕遇地震作用下，结构的整体

响应，无论是位移角还是楼层的剪力，与小震方法得到的结果有着明显差异。算例中隔震

支座对结构性能的改善，主要体现在结构的上部，在结构的中下部，隔震支座的作用被弱

化，且不再满足规范中剪力降低50%这一关键要求。另一方面，非线性的引入也对结构的

计算结果起到放大作用，结构方案的微小差异使结构表现出明显不同的抗震性能。

关键词:弹塑性,时程，隔震,ABAQUS

1.简介

中国是一个地震多发国家，在建筑结构的全生命周期中，地震作用是可能引起结构严

重破坏的最主要原因。在设计过程中，通过选择合理的结构体系，保证结构具备足够的强

度和刚度，从而使结构抗震性能满足要求。规范中有众多的具体条文来实现这一目标，比

如：控制框架与剪力墙的剪力分担比例和倾覆力矩分担比例，从而实现框架剪力墙结构和

框架核心筒结构的二道防线；控制混凝土构件的轴压比，保证混凝土结构的延性；采用合

理的配筋方案，保证墙柱弱梁、强剪弱弯和强节点等原则；以及通过剪重比控制结构的整

体刚度等[1]。

除了规范中上述传统设计方法，还可以通过增加阻尼构件或者耗能构件，提高结构的

耗能能力，减小对主要承重构件的地震能量输入。这种方法几乎可以适用于所有结构，因

此在高层设计中被广泛采用。

另一方面，采用隔震方法减小地震能量的输入，则可以降低结构整体在地震作用下的

破坏，但由于隔震通常不适用于高层结构[2]，在一般多层中采用又会大幅提高成本，且相

关规范不够完善，因此在国内应用不多。

隔震结构的设计中，规范要求隔震结构相对于非隔震结构的底部剪力减小50%，则可

以将结构的设防烈度降低一度进行常规设计[3]。因此，隔震设计的关键是增加隔震支座后

结构的底部剪力。

本文采用ABAQUS，通过时程分析的方法，对上述隔震结构的常规设计方法进行研

究。算例的时程分析结果显示，在大震作用下，隔震结构的性能与小震弹性设计会存在明

显差异，从而揭示了这一方法的局限性。

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2.结构模型与小震设计

结构模型如图1所示，其中图1b增加了隔震层，采用隔震橡胶支座HDR400[4]，橡胶层

厚度75mm，竖向刚度K=2050000KN/m，水平等效刚度Kh=1080KN/mmm。屈服前刚度

4030KN/m，屈服后刚度730KN/m，屈服剪力32KN。为了比较，原始结构模型采用两种方

案：

M1:剪力墙洞口2500*2500，剪力墙厚240mm

M2:剪力墙洞口2000*2500，剪力墙厚280mm

小震弹性设计中，隔震支座采用等效侧向刚度计算结果(7度0.15g，设计地震分组第三

组，场地类别II，特征周期Tg=0.45，地震影响系数最大值Alpha=0.12)。

周期结果列于表1，楼层剪力和位移角包络分别如图2和图3所示.

图1a非隔震模型图1b隔震模型

表1小震弹性设计的周期

M1M1_IsoM2M2_Iso

T11.0343.3520.9093.364

T20.9563.3520.8463.364

T30.9562.8520.8462.819

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