工程位于云南省曲靖市, 总用地面积66 667m², 净用地面积66 667m², 拟建建筑总面积128 064m² (其中地上建筑面积99 064m²) , 建筑效果图见图1。其中拟建主体建筑为:1幢住院楼 (18层) , 建筑高度71.25m;1幢医技楼 (6层) , 建筑高度28.35m。1幢门诊楼 (6层) , 建筑高度28.35m;各建筑单体共同坐落在1个全埋地下室大底盘上, 地下室不设缝。门诊楼根据建筑使用功能和体型分成11个单体, 各单体通过设置防震缝分开;住院楼根据建筑体型分成3个单体, 各单体也通过设置防震缝分开;住院楼底层与地下室之间设置1层建筑夹层, 主要建筑功能为非机动车库;医技楼为规则单体, 不设缝;住院楼、医技楼、门诊楼之间采用连廊连接, 共有4个连廊, 结构防震缝布置详见图2。除连廊A, B和门诊楼7~11单元为抗震设计外, 其他门诊楼单元、医技楼、住院楼采用隔震设计, 隔震层设置在地下室顶板和首层之间的夹层。本文重点介绍住院楼A的结构设计。

　　 该工程结构设计使用年限为50年, 安全等级为一级, 场地类别为Ⅲ类。抗震设防烈度为7度, 设计地震分组为第三组, 设计基本地震加速度为0.15g, 抗震设防类别为乙类。基本风压为0.30k Pa, 场地粗糙度类别为C类。

　　 住院楼A, B的基础形式为桩基+防水板基础, 防水板厚度为500mm。桩型采用直径为800的后注浆钻孔灌注桩, 有效桩长为52m, 单桩抗压承载力特征值为3 500k N。

　　 目前常用的大底盘地下室多塔楼隔震形式有多种, 主要有基础大底盘隔震、地下室大底盘隔震、地下室顶板分塔楼隔震等隔震形式。基础大底盘隔震及地下室大底盘隔震具有不影响建筑功能、隔震构造简单等优点, 但由于本工程上部具有多个高度、体型、结构形式均不相同的塔楼, 这会带来上部结构受力复杂、隔震支座拉应力较大等结构问题;地下室顶板分塔楼隔震虽具有结构受力简单、隔震支座布置简单等优点, 但同时它又带来建筑分缝的处理困难等难题。综合考虑, 本工程采用地下室顶板分塔楼隔震形式。

　　 住院楼A, B, C三栋建筑平面呈匚形 (图2) , 住院楼C建筑高度42.85m, 两侧住院楼A, B建筑高度71.25m。结构采用防震缝分割, 分成三个相互独立的结构单元。其中两侧住院楼A, B呈L形。按照《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2010) ^[1] (简称抗规) 要求, 防震缝宽度不小于700mm, 如再将住院楼A, B分成矩形平面, 防震缝将直接影响建筑功能, 因此不能再设置防震缝。本工程住院楼A, B采用框架-剪力墙结构, 剪力墙布置在建筑的两个端部和L形转角位置, 能有效控制结构平面扭转指标。标准层结构平面布置图见图3, 剖面图见图4。混凝土强度等级:剪力墙和柱从下到上为C50~C30, 隔震层下部支墩为C50, 隔震层上部支墩及转换梁为C50, 其余构件均为C30。剪力墙厚度从下到上为450~250mm;柱截面从下到上为1 000×1 000~600×600;转换梁采用钢筋混凝土梁, 截面尺寸为1 200×1 600, 局部竖向加腋;楼板厚度:隔震层160mm, 标准层100mm, 屋面层120mm。

　　 本工程隔震层设置在地下室顶板和首层之间的夹层, 采用框架转换梁技术, 剪力墙采用转换梁进行托墙转换。由于本工程地下室为全埋地下室, 具有较大的抗侧刚度, 比较适合作为隔震支座的嵌固部位。隔震支座布置在转换梁下的隔震层的上、下部隔震支墩之间。

　　 本工程共使用了86个隔震支座, 其中铅芯橡胶支座LRB900为39个、LRB1000为40个、LRB1100为7个, 隔震支座平面布置见图5, 隔震层屈重比为0.023, 隔震支座的力学性能参数如表1所示。

　　 本工程使用ETABS建立隔震与非隔震结构模型进行计算与分析, 结构三维模型见图6。隔震前后结构的基本周期见表2, 对比隔震前后结构的前三阶周期可知, 隔震后结构周期明显延长, 基本周期由隔震前的1.780s延长至3.906s。隔震前考虑偶然偏心的扭转位移比, X向最大位移比出现在5层L形端部, 为1.28, 隔震后考虑偶然偏心的扭转位移比, X向最大位移比为1.18, 小于1.20, 结构扭转刚度大大加强, 且端部扭转效应大大减小。

　　 本工程选取了实际5条强震记录, 包括Sanfern1 (简称SAF) , Holly_h (简称HOL) , El Centro_EW (简称EL) , NGA_832LANDERS.ABY_FN (简称N832) , NGA_718SUPERST.A-IVW_FN (简称N718) ) 和2条人工波 (REN1, REN2) , 7条波时程反应谱和规范反应谱曲线及前三阶周期的地震影响系数的对比如图7所示, 由图7可见, 所选地震波满足规范要求。

　　 设防地震作用下隔震前后结构层间剪力比及倾覆力矩比分别见图8, 9, 由图可得隔震前后结构平均层间剪力比最大值为0.434、平均倾覆力矩比最大值为0.436。根据抗规12.2.5条相关规定, 水平向减震系数β取隔震与非隔震各层层间剪力最大比值、隔震与非隔震各层倾覆力矩最大比值二者的较大值, 即β=0.436, 由此可得隔震后水平地震影响系数最大值α_max1=βα_max/ψ=0.436×0.12/0.8=0.065, 最终上部结构设计时水平地震影响系数最大值取0.08, 达到降半度的目标要求。另外, 图8, 9表明, 在设防地震作用下, 隔震层能起到相应的隔震作用。

　　 采用ETABS进行罕遇地震弹性时程分析, 结果表明, 隔震支座在罕遇地震下的拉应力包络值为0.687MPa, 最大位移为262mm, 满足相关规范要求, 且具有较大的安全储备。采用Pushover进行大震性能分析, 在模型的柱底增加隔震单元, 模型自动生成配筋, 采用PKPM缺省设置推覆, 通过调整结构在性能点的附加阻尼比, 得到大震作用下隔震结构在X向、Y向的能力曲线及需求谱曲线, 见图10。由图可见, 性能点处结构X向的最大层间位移角约为1/268, Y向的最大层间位移角为1/266。可见, 层间位移角略大于3[θ_p]h=1/267, 结构属于中等破坏, 经一般修理后仍可继续使用^[2]。推覆结果显示, 结构连梁先出现塑性铰, 为主要的耗能构件, 框架梁随后出现塑性铰, 为框剪结构的第二道防线, 最后剪力墙底部加强区出现损伤, 图11显示墙体损伤较少, 且多数位于底部加强区, 应在施工图阶段加强此部分结构的延性。

　　 根据抗规12.2.5条第3款, 各楼层的水平地震剪力尚应符合抗规5.2.5条对本地区设防烈度的最小地震剪力系数的规定。目前国内采用隔震的建筑均位于高烈度地区, 且大多为多层建筑, 结构最小剪重比容易满足要求。7度或7度半地区的高层建筑底部剪力受最小剪力系数控制, 采用隔震后, 结构周期加大, 底部剪力不能满足规范要求。目前一般采用如下两种方法解决此问题:一是增加结构刚度, 二是采用地震作用放大系数。第一种方法是通过增加结构刚度以减小结构周期, 达到最终减震效果, 这相当于将地震作用提高后再用隔震方法将其降下来, 此方法虽与减震控制思想矛盾, 但可以提高结构性能。第二种方法实际是放大地震作用, 而未减小水平向减震系数, 当水平向减震系数与规范规定的楼层最小地震剪力系数相差较多时, 不能采用此方法。本工程楼层最小地震剪力系数按照隔震后结构的基本周期计算。本工程隔震后结构基本周期为3.906s, 介于3.5s与5s之间, 按照插入法取值, 最终楼层最小地震剪力系数为0.224。上部结构按照不低于0.224的楼层最小剪力系数进行抗震设计。

　　 普通隔震层支墩均按照框架柱进行常规的抗震验算与设计, 但当单个隔震层支墩下布置有多个隔震支座时, 支墩体积较大, 近似于立方体。多个隔震支座的支墩如按照柱验算, 仅需布置竖向主筋及箍筋, 且无需计算隔震支墩剪切与冲切, 隔震层支墩厚度较小, 钢筋采用柱形式配筋。本工程考虑该隔震支墩实际受力特点 (图12) , 按照基础承台模式对多个隔震支座的隔震支墩进行受弯、受剪、受冲切和局压等承载力验算, 并根据上述计算结果配置钢筋来保证支墩结构的安全。

　　 抗规12.2.7条1款:上部结构的周边应设置竖向隔离缝, 缝宽不宜小于隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移值的1.2倍且不小于200mm;对两相邻隔震结构, 其缝宽取最大水平位移值之和, 且不小于400mm。根据上述规定, 本工程隔离缝宽达到700mm, 楼面处隔离缝做法如图13所示。传统隔离缝仅考虑两幢建筑的垂直缝方向的平面平动, 未考虑两幢建筑顺缝方向的错动和两幢建筑的转动。在地震作用下, 此做法可以在上述两个方向平动和转动下保证隔震缝的安全运作。

　　 (1) 对位于7度 (0.15g) 区的高层结构采用隔震技术可显著提高结构的抗震性能。

　　 (2) 7度 (0.15g) 区高层结构的楼层最小地震剪力系数可按照隔震后结构的基本周期插值计算后取值, 这为7度 (0.15g) 区高层结构最小剪力系数不满足规范要求时提供了一种解决方案。

　　 (3) 多支座的隔震支墩可参照基础承台模式进行受弯、受剪、受冲切和局压等承载力验算, 从而改善隔震层支墩的安全性能。

　　 (4) 提供了一种隔震缝处理方式, 该做法可保证主体结构在三向运动下隔震缝的安全运作。

　　 本工程目前已进入土建装修阶段, 所有土建工程均已完成, 即将交付使用。