顏桂云 肖曉菲 吳應(yīng)雄

摘要： 近斷層地震動(dòng)具有長(zhǎng)周期、短持時(shí)、高能量的速度脈沖，可能導(dǎo)致長(zhǎng)周期的大底盤上塔樓隔震結(jié)構(gòu)產(chǎn)生隔震層位移放大效應(yīng)。通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)分析與驗(yàn)證其對(duì)長(zhǎng)周期的大底盤上塔樓隔震建筑減震性能帶來的不利影響。首先討論近斷層地震動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特征，然后設(shè)計(jì)一個(gè)水平向縮進(jìn)尺寸比例為1∶3的大底盤單塔樓鋼框架模型，分別組裝為層間隔震、基礎(chǔ)隔震和抗震等三種試驗(yàn)?zāi)Ｐ停越鼣鄬拥卣饎?dòng)與遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)為激勵(lì)輸入，進(jìn)行單向振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。探討近斷層地震動(dòng)長(zhǎng)周期的速度脈沖對(duì)隔震結(jié)構(gòu)層間位移、樓層加速度、隔震層變形等減震性能的影響，分析與驗(yàn)證近斷層地區(qū)隔震結(jié)構(gòu)采用考慮近場(chǎng)影響系數(shù)設(shè)計(jì)方法的適用性。結(jié)果表明：在近斷層地震動(dòng)作用下大底盤單塔樓隔震結(jié)構(gòu)的層間位移、樓層加速度等動(dòng)力反應(yīng)均明顯大于在遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)作用下的相應(yīng)值，增大為遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)的1.5～2倍，且層間位移與樓層加速度等減震效果相比遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)變差；不同隔震形式下的隔震支座變形均達(dá)到遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)的1.5倍以上，近斷層地區(qū)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮長(zhǎng)周期速度脈沖對(duì)減震性能的不利影響。

關(guān)鍵詞： 大底盤隔震結(jié)構(gòu)； 近斷層地震動(dòng)； 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)； 減震性能； 近場(chǎng)影響系數(shù)

中圖分類號(hào)： TU352.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1004-4523（2018）05-0799-12

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2018.05.009

引 言

大底盤上塔樓建筑由于塔樓較底盤體型縮進(jìn)，屬于豎向剛度不規(guī)則結(jié)構(gòu)，歷次震害表明，因其剛度突變引起塔樓底部樓層震害嚴(yán)重[1-2]。采用隔震技術(shù)能有效改善大底盤上塔樓結(jié)構(gòu)體系因其剛度突變引起的復(fù)雜受力情況，對(duì)此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已相繼展開研究和工程應(yīng)用。杜永峰等[3]采用串聯(lián)剛片系模型，對(duì)大底盤多塔樓基礎(chǔ)隔震、層間隔震和抗震結(jié)構(gòu)的多維地震響應(yīng)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，采用隔震技術(shù)可以顯著地降低地震的破壞作用，減小結(jié)構(gòu)塑性鉸的數(shù)量和塑性變形，而層間隔震對(duì)減小多塔樓結(jié)構(gòu)體系的扭轉(zhuǎn)作用更為明顯。吳應(yīng)雄等[4-5] 分析了大底盤上塔樓的層間隔震結(jié)構(gòu)在不同縮進(jìn)比例下隔震效果的影響規(guī)律，為隔震方案的選擇與隔震設(shè)計(jì)提供參考。譚平等[6]結(jié)合某實(shí)際大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)，提出了混合隔震的控制策略。結(jié)果表明，這種混合隔震體系可以有效地減小上部塔樓與下部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，提高大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)的抗震安全性。馬小明等[7]對(duì)8 度區(qū)某平面不規(guī)則大底盤多塔樓基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行了抗震性能分析，揭示了大底盤塔樓隔震結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的相關(guān)特點(diǎn)，并提出了底盤隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議。Nishimura等[8]探討了塔樓不同參數(shù)對(duì)高層大底盤隔震體系動(dòng)力特性與減震性能的影響。Zhao[9]等對(duì)大底盤多塔隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震作用下動(dòng)力彈塑性分析，表明上部塔樓結(jié)構(gòu)基本為平動(dòng)，位移集中在隔震層上，且樓層的層間位移與加速度響應(yīng)顯著降低。

已有研究主要集中于大底盤上塔樓隔震結(jié)構(gòu)的理論分析，并未針對(duì)近斷層地震動(dòng)作用下大底盤上塔樓的響應(yīng)特性進(jìn)行深入的討論，特別是缺乏結(jié)構(gòu)模型的模擬地震動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證。目前，隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是利用普通周期地震動(dòng)為輸入激勵(lì)，并利用近場(chǎng)影響系數(shù)來考慮近場(chǎng)效應(yīng)，但近斷層地震動(dòng)具有長(zhǎng)周期速度脈沖、大的峰值加速度與高瞬時(shí)輸入能等特性，以及存在地震動(dòng)頻譜特性上的差異，隔震結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)是否會(huì)超出此系數(shù)的考慮范圍，而造成隔震支座位移超限，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞，尚不明確。

為此，本文制作與安裝一個(gè)5層縮尺比例為1∶7的大底盤單塔樓結(jié)構(gòu)模型，通過將隔震層設(shè)于大底盤底部與塔樓底部，分別形成基礎(chǔ)隔震與層間隔震模型，以遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)與近斷層地震動(dòng)為激勵(lì)輸入，進(jìn)行單向振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，考察其在近斷層地震動(dòng)作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)規(guī)律與長(zhǎng)周期脈沖對(duì)隔震層變形的影響。

1 近斷層地震動(dòng)運(yùn)動(dòng)特征

汶川地震（2008）、集集地震（1999）、Kobe地震（1995）等近斷層地震動(dòng)表現(xiàn)出強(qiáng)地震動(dòng)集中性、滑沖效應(yīng)、上盤效應(yīng)、方向性效應(yīng)以及長(zhǎng)周期脈沖等特點(diǎn)。長(zhǎng)周期脈沖主要表現(xiàn)為長(zhǎng)周期的速度和位移脈沖、大的加速度峰值，地震初始帶來很高的結(jié)構(gòu)輸入能量。根據(jù)文獻(xiàn)[10]判別近斷層地震動(dòng)，本文從美國(guó)太平洋地震工程研究中心強(qiáng)震數(shù)據(jù)庫(kù)中選取適合于Ⅱ類場(chǎng)地的Kobe（1995）與IMPVALL（1979）地震動(dòng)中4條近斷層地震記錄，地震動(dòng)信息如表1所示，同時(shí)選取3條普通地震動(dòng)記錄El centro，Taft和Rgbtonga。將各地震加速度峰值調(diào)為200 gal，分別獲得地震動(dòng)記錄的加速度、速度時(shí)程與加速度、速度、位移平均反應(yīng)譜曲線，如圖1和2所示。

圖1為近斷層地震動(dòng)E01640加速度與速度時(shí)程曲線。由圖可知，該地震波具有明顯的長(zhǎng)周期速度脈沖。隔震系統(tǒng)雖然通過延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的周期，減小結(jié)構(gòu)受地震動(dòng)中高頻成分和高峰值加速度的破壞，但由于近斷層地震動(dòng)中長(zhǎng)周期速度脈沖的存在，其會(huì)增加隔震結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，對(duì)隔震結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響。

圖2為近斷層地震動(dòng)與遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)的平均反應(yīng)譜。由圖可知，近斷層地震動(dòng)的加速度、速度與位移反應(yīng)在長(zhǎng)周期區(qū)間大于遠(yuǎn)場(chǎng)地震的相應(yīng)值，這說明在近斷層地震動(dòng)作用下，長(zhǎng)周期的隔震結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生更高的加速度、速度與位移反應(yīng)。按照遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)設(shè)計(jì)的隔震結(jié)構(gòu)一旦遭遇近斷層地震動(dòng)，將導(dǎo)致隔震結(jié)構(gòu)位移與加速度反應(yīng)變大，可能導(dǎo)致隔震層變形超過設(shè)計(jì)變形限值，致使隔震層上部結(jié)構(gòu)傾覆破壞。

2 試驗(yàn)概況

2.1 原型結(jié)構(gòu)概況 原結(jié)構(gòu)為一個(gè)擬建典型大底盤單塔樓鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑總高度為31 m，其中上部塔樓6層，層高3.5 m，橫向1跨，縱向1跨，柱網(wǎng)7 m×7 m；下部底盤2層，層高5 m，橫向3跨，縱向1跨，柱網(wǎng)7 m×7 m。1～2層框架柱尺寸為700 mm×700 mm，其余柱尺寸為500 mm×500 mm；1～2層框架梁尺寸為300 mm×800 mm，其余梁尺寸為300 mm×700 mm?；炷翉?qiáng)度等級(jí)C30-C35，樓板厚度110 mm。塔樓較底盤水平向縮進(jìn)尺寸比例為1∶3，符合大底盤上塔樓結(jié)構(gòu)的受力特征。

2.2 模型設(shè)計(jì)與隔震支座性能參數(shù)

對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化和縮尺，采用單向（X向）振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?？紤]到振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面尺寸（4 m×4 m）及最大有效載荷（22 t）等條件，將長(zhǎng)度相似比定為1/7。表2為模型與原型結(jié)構(gòu)相似關(guān)系。

根據(jù)截面剛度等效原則，綜合考慮剛度、質(zhì)量等因素，最終簡(jiǎn)化為5層鋼框架結(jié)構(gòu)模型，模型總高度4.82 m，其中底盤2層，塔樓3層。底盤長(zhǎng)向（X向）為三跨，每跨長(zhǎng)度均為1 m，短向（Y向）為單跨，長(zhǎng)度為1 m，層高0.714 m；塔樓兩方向均為單跨，長(zhǎng)度為1 m，層高1 m，最大高寬比為3，接近常規(guī)隔震結(jié)構(gòu)高寬比的比值。將模型結(jié)構(gòu)梁、柱采用Q235B角鋼，柱子型號(hào)GB-L100×8；梁型號(hào)GB-L80×5。模型結(jié)構(gòu)的底盤與塔樓均可重復(fù)利用，分別將隔震支座置于底盤底部以及塔樓底部可得到基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)、層間隔震結(jié)構(gòu)，去除隔震支座并固接即成為抗震結(jié)構(gòu)，模型立面如圖3所示。

原型基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)與層間隔震分別采用8個(gè)與4個(gè)LNR普通橡膠隔震支座，直徑600 mm，豎向面壓小于12 MPa。模型結(jié)構(gòu)考慮相似比關(guān)系、橡膠支座力學(xué)性能的穩(wěn)定性、模型結(jié)構(gòu)的總重量以及設(shè)計(jì)參數(shù)的要求，采用直徑為100 mm隔震支座，豎向面壓0.85～4.3 MPa，水平等效剛度（剪切應(yīng)變?chǔ)?100%）分別需要為0.17和0.13 kN/mm，其基本參數(shù)如表3所示。層間隔震試驗(yàn)?zāi)Ｐ头謩e采用4個(gè)LNR100（b），基礎(chǔ)隔震試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎?個(gè)LNR100（a）。組裝后的試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D4所示。層間隔震、基礎(chǔ)隔震與抗震模型基本周期分別為0.52，0.57與0.15 s。

2.3 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)Ｐ兔繉樱ê駝?dòng)臺(tái)臺(tái)面共8層）水平對(duì)稱布置2個(gè)X向加速度傳感器，共采用16個(gè)DH610型磁電式振動(dòng)加速度傳感器，同時(shí)每層布置 1個(gè)NS-WY06型拉線位移傳感器。試驗(yàn)采用JM5958振動(dòng)臺(tái)多功能測(cè)試系統(tǒng)，用于記錄層間位移、隔震層位移以及絕對(duì)加速度。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集箱共有64個(gè)通道，本次試驗(yàn)共計(jì)使用24個(gè)通道，包括16個(gè)加速度傳感器通道和8個(gè)位移傳感器通道。

從美國(guó)太平洋地震工程研究中心（PEER）數(shù)據(jù)庫(kù)中選取4條近斷層地震記錄，如表1所示，同時(shí)選取3條普通地震波El centro，Taft和Rgbtonga作為振動(dòng)臺(tái)模型實(shí)驗(yàn)的輸入地震動(dòng)。將地震動(dòng)時(shí)間按0.267的比例系數(shù)進(jìn)行壓縮，并調(diào)整地震動(dòng)峰值加速度為0.2g，0.40g，進(jìn)行單向（X向）輸入振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，共有42組試驗(yàn)工況。振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)在福州大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)于2017年4月完成。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 層間隔震模型地震響應(yīng)分析 圖5為不同類型地震動(dòng)與不同地震動(dòng)峰值加速度下層間隔震與抗震模型峰值層間位移響應(yīng)。圖6表明，在0.2g與0.4g地震動(dòng)峰值加速度作用下，遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)與近斷層地震動(dòng)下，層間隔震結(jié)構(gòu)均取得了較好的減震效果，但近斷層地震動(dòng)下的減震效果差于遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)。還表明，層間隔震模型塔樓層間位移變化均勻，整體近乎平動(dòng)；而抗震模型最大層間位移發(fā)生在第三層，即豎向剛度突變處。由于長(zhǎng)周期脈沖成分的影響，近斷層地震動(dòng)下層間隔震與抗震模型的層間位移反應(yīng)均增大為遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)下的1.5～2倍。

圖6為不同類型地震動(dòng)與不同地震動(dòng)峰值加速度下層間隔震模型與抗震模型相對(duì)于振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面峰值位移響應(yīng)。圖6表明，在遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)與近斷層地震動(dòng)下，隔震層上部塔樓結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)連線近似為一條直線，各層位移變化很小，整體近似平動(dòng)；而隔震層下部大底盤結(jié)構(gòu)峰值位移響應(yīng)則隨樓層的增加而增大。

圖7為不同類型地震動(dòng)與不同地震動(dòng)峰值加速度下層間隔震模型與抗震模型加速度響應(yīng)。圖7表明，近斷層地震動(dòng)作用下抗震結(jié)構(gòu)的樓層峰值加速度約為遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)下的峰值加速度的1.5～2倍；上部塔樓結(jié)構(gòu)經(jīng)隔震后，加速度減震效果明顯，且加速度反應(yīng)基本呈現(xiàn)為整體平動(dòng)。不同峰值加速度的遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)下隔震層下部大底盤結(jié)構(gòu)峰值加速度反應(yīng)較抗震結(jié)構(gòu)增大明顯，這與文獻(xiàn)[11]的結(jié)論基本一致，而近斷層地震動(dòng)下大底盤結(jié)構(gòu)峰值加速度反應(yīng)相比抗震結(jié)構(gòu)增大并不明顯。

表4為不同類型地震動(dòng)與不同地震動(dòng)峰值加速度下隔震模型層間位移減震率。表4表明，遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)與近斷層地震動(dòng)下層間隔震模型的層間位移反應(yīng)較抗震模型均顯著減小，平均減震率分別處于21.68%～83.80%和33.03%～68.72%，同類型地震動(dòng)在不同的峰值加速度下的減震效果大體相當(dāng)。但由于近斷層地震動(dòng)具有的脈沖運(yùn)動(dòng)特征，其作用下隔震結(jié)構(gòu)的減震效果明顯劣于遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)下的減震效果。此外，不同類型地震動(dòng)與不同峰值加速度作用下，隔震層上部結(jié)構(gòu)的減震效果優(yōu)于隔震層下部結(jié)構(gòu)。

表5為不同類型地震動(dòng)與不同地震動(dòng)峰值加速度下隔震模型的峰值層間加速度減震率。由表5可得，不同峰值加速度遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)下大底盤結(jié)構(gòu)加速度平均值放大37.23%～84.83%，隔震層上部結(jié)構(gòu)加速度平均減震率在78%以上。近斷層地震動(dòng)作用下大底盤結(jié)構(gòu)加速度平均值放大不明顯，平均值放大2.89%～19.62%之間，隔震層上部結(jié)構(gòu)加速度平均值減震率處于62.28%～78.33%。由此表明，由于近斷層地震動(dòng)脈沖成分的影響，隔震層上部結(jié)構(gòu)加速度減震效果劣于遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)，而隔震層下部大底盤結(jié)構(gòu)的加速度放大效應(yīng)并不明顯。

表6為不同類型地震動(dòng)下層間隔震結(jié)構(gòu)隔震層的最大位變形。由表6可知，相比遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)作用，近斷層地震動(dòng)下隔震層的最大變形顯著增大，地震動(dòng)峰值加速度為0.2g時(shí)，隔震層最大變形平均值為遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)下的1.80倍；地震動(dòng)峰值加速度為0.4g時(shí)，隔震層最大變形平均值為遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)下的1.55倍，均超越了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中采用的近場(chǎng)影響系數(shù)1.5。分析表明：由于近斷層地震動(dòng)脈沖運(yùn)動(dòng)的影響，在其作用下的隔震層易產(chǎn)生顯著變形，超越抗震規(guī)范中近場(chǎng)影響系數(shù)規(guī)定范圍，規(guī)范中考慮近場(chǎng)影響系數(shù)的取值偏于不保守，可能導(dǎo)致隔震支座發(fā)生超限破壞。建議近場(chǎng)地區(qū)層間隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)宜采用實(shí)際的近斷層脈沖地震波記錄進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。

3.2 基礎(chǔ)隔震模型地震響應(yīng)分析

圖8為基礎(chǔ)隔震與抗震模型相對(duì)于振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面各樓層的峰值位移，圖中基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)底部的初始位移即為隔震層的位移。圖8表明，遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)與近斷層地震動(dòng)作用下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)各樓層變形均比抗震結(jié)構(gòu)顯著減少，且隨著樓層增加，隔震結(jié)構(gòu)各樓層相對(duì)位移基本保持不變，整體近乎平動(dòng)。由于長(zhǎng)周期脈沖成分的影響，近斷層地震動(dòng)作用下隔震層位移相對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)放大1.5倍以上，說明抗震規(guī)范隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮近場(chǎng)影響系數(shù)的取值偏于不保守。因此，按遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)設(shè)計(jì)的隔震結(jié)構(gòu)，一旦遭遇近斷層地震動(dòng)，易導(dǎo)致隔震支座破壞而使隔震層上部結(jié)構(gòu)傾覆失穩(wěn)，建議對(duì)近斷層脈沖地震動(dòng)作為獨(dú)立工況進(jìn)行分析。

表7為不同類型地震動(dòng)與不同地震動(dòng)峰值加速度作用下基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)模型的層間位移減震率。由表可知，在0.2g與0.4g地震動(dòng)峰值加速度的遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)作用下塔樓各樓層的層間位移平均減震率分別為65.80%～74.99%與74.45%～79.02%之間，大底盤層間位移減震效果劣于塔樓各層減震效果。在0.2g與0.4g地震動(dòng)峰值加速度的近斷層脈沖地震動(dòng)作用下塔樓各樓層的層間位移平均減震率均在56.17%～67.03%之間，大底盤層間位移減震效果也劣于塔樓各層減震效果。同時(shí)表明，由于長(zhǎng)周期脈沖成分的影響，近斷層地震動(dòng)的層間位移減震效果劣于遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)下的減震效果。

需特別指出，遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)與近斷層地震動(dòng)下大底盤頂層的層間位移基本不具減震效果，甚至在0.4g的地震動(dòng)峰值加速度工況下，層間位移相比抗震結(jié)構(gòu)有所放大，主要原因是由于底盤與塔樓之間的剛度突變引起樓層反應(yīng)的放大。

圖9為基礎(chǔ)隔震與抗震模型各樓層的峰值加速度響應(yīng)，表8為基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)模型各樓層的峰值加速度減震率。圖9和表8說明：在0.2g與0.4g地震動(dòng)峰值加速度的遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)作用下，基礎(chǔ)隔震模型各樓層加速度平均減震率為67.99%～83.13%，且隨樓層增加減震率呈逐漸增大趨勢(shì)；各樓層加速度響應(yīng)連線近似為一條直線，加速度變化很小，整體近似平動(dòng)。在近場(chǎng)脈沖地震動(dòng)作用下，塔樓各樓層峰值加速度反應(yīng)較抗震模型均顯著減小，平均減震率為38.76%～71.76%，且隨樓層增加減震率呈逐漸增大趨勢(shì)。此外，各樓層加速度響應(yīng)連線也近似為一條直線，加速度變化比遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)下的變化略大，但整體仍近似平動(dòng)。由于長(zhǎng)周期脈沖成分的影響，近斷層地震動(dòng)作用下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)減震效果劣于普通地震動(dòng)，因此，大底盤塔樓基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮長(zhǎng)周期脈沖成分對(duì)其抗震性能的不利影響。

表9為不同類型地震動(dòng)下隔震層最大變形。在0.2g與0.4g地震動(dòng)峰值加速度下，近斷層地震動(dòng)的隔震層變形平均值分別增大為遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)下的1.83倍與1.77倍，表明由于長(zhǎng)周期脈沖成分的影響，隔震層變形顯著增大，超越抗震規(guī)范中近場(chǎng)影響系數(shù)取值為1.5的規(guī)定，規(guī)范中考慮近場(chǎng)影響系數(shù)的取值偏于不保守，可能導(dǎo)致隔震支座發(fā)生超限破壞。建議在近斷層地區(qū)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，宜采用實(shí)際的近斷層地震波記錄考慮其長(zhǎng)周期的脈沖特性，并對(duì)近斷層脈沖地震動(dòng)作為單獨(dú)工況進(jìn)行分析。

3.3 考慮近場(chǎng)影響系數(shù)隔震模型地震反應(yīng)分析

目前隔震結(jié)構(gòu)基本按照遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)設(shè)計(jì)，采用近場(chǎng)影響系數(shù)考慮近斷層效應(yīng)[12]，當(dāng)隔震結(jié)構(gòu)處于發(fā)震斷層10 km以內(nèi)時(shí)，輸入地震波應(yīng)考慮近場(chǎng)影響系數(shù)，5 km以內(nèi)近場(chǎng)影響系數(shù)宜取1.5，5 km以外近場(chǎng)影響系數(shù)可取不小于1.25。圖10 為隔震試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谶h(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)下考慮近場(chǎng)影響系數(shù)2.0與近斷層脈沖地震動(dòng)下的平均反應(yīng)對(duì)比。由圖表明，對(duì)于層間隔震與基礎(chǔ)隔震模型的塔樓，考慮近場(chǎng)影響系數(shù)2.0的層間位移與加速度反應(yīng)與近斷層脈沖地震動(dòng)下的反應(yīng)相接近；近斷層脈沖地震動(dòng)下大底盤部分的平均層間位移約為遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)下平均層間位移的1.5倍，而對(duì)于大底盤部分的加速度反應(yīng)，不同隔震結(jié)構(gòu)形式表現(xiàn)不一致。因此，現(xiàn)行抗震規(guī)范中近場(chǎng)影響系數(shù)取值1.5可能偏于不安全，不能完全考慮長(zhǎng)周期脈沖成分的影響。

4 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)與有限元分析對(duì)比

利用Midas/Gen建立上述大底盤單塔樓隔震結(jié)構(gòu)的有限元模型，模型中梁、柱均采用空間桿系單元模擬，板采用膜單元，隔震支座采用程序自帶的橡膠隔震支座單元模擬，將分析結(jié)果與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)對(duì)比來驗(yàn)證結(jié)果可靠性。

圖11和12給出了峰值加速度為0.40g作用下層間隔震、基礎(chǔ)隔震模型各樓層的平均層間位移試驗(yàn)與數(shù)值結(jié)果對(duì)比。由圖可知，兩種隔震模型的層間位移響應(yīng)試驗(yàn)值及數(shù)值結(jié)果的響應(yīng)規(guī)律一致，最大誤差在12%以內(nèi)，吻合度高。

圖13為層間隔震隔震層位移的試驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果對(duì)比，圖14為基礎(chǔ)隔震隔震層位移的試驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果對(duì)比。由圖可知，在遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)與近斷層脈沖地震動(dòng)作用下，層間隔震與基礎(chǔ)隔震試驗(yàn)?zāi)Ｐ透粽饘游灰婆c有限元數(shù)值分析的結(jié)果總體吻合度較高，且隔震層峰值位移相差在10%以內(nèi)，表明試驗(yàn)與數(shù)值分析結(jié)果可靠性高。

5 結(jié) 論

本文進(jìn)行了近斷層地震動(dòng)作用下大底盤單塔樓層間隔震、基礎(chǔ)隔震與抗震模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究，得出如下結(jié)論：

（1） 由于長(zhǎng)周期脈沖成分不利影響，在近斷層地震動(dòng)作用下大底盤單塔樓層間隔震與基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的層間位移與樓層加速度響應(yīng)增大為在遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)下響應(yīng)的1.5～2倍，采用現(xiàn)行抗震規(guī)范的近場(chǎng)影響系數(shù)值不能完全反映長(zhǎng)周期速度脈沖對(duì)隔震結(jié)構(gòu)的不利影響，且隔震結(jié)構(gòu)的減震性能也明顯劣于在遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)作用下的減震性能。因此，近斷層地區(qū)的大底盤塔樓隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮長(zhǎng)周期脈沖成份對(duì)其抗震性能的不利影響，采用近斷層脈沖地震動(dòng)作為單獨(dú)工況進(jìn)行分析。

（2） 在0.2g與0.4g的近斷層地震動(dòng)峰值加速度作用下，由于長(zhǎng)周期脈沖成分的不利影響，隔震層變形超越了遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)作用下的1.5倍，超出當(dāng)前抗震規(guī)范近場(chǎng)影響系數(shù)的取值規(guī)定，說明抗震規(guī)范采用的近場(chǎng)影響系數(shù)取值可能偏于不安全，不能完全考慮近場(chǎng)長(zhǎng)周期脈沖運(yùn)動(dòng)對(duì)隔震結(jié)構(gòu)的不利影響。按照遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)設(shè)計(jì)的隔震結(jié)構(gòu)，一旦遭遇近斷層脈沖強(qiáng)震，可能導(dǎo)致隔震層變形過大而失效，需采取適當(dāng)?shù)拇胧?duì)隔震層變形進(jìn)行控制。

本文僅進(jìn)行了大底盤上塔樓隔震結(jié)構(gòu)有限數(shù)量試驗(yàn)研究而得出的相關(guān)結(jié)論，這是本文的不足之處，后續(xù)工作將展開進(jìn)一步探討。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐培福，黃吉鋒，韋承基.高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)控制[J].土木工程學(xué)報(bào)，2006，39（07）：1—8.

Xu Peifu， Huang Jifeng， Wei Chengji. Control of torsional response of tall building structures[J].China Civil Engineering Journal， 2006，39（07）：1—8.

[2] Mehair Y， Nelson L， Elisa L，et al. Effects of podium interference on shear force distributions in tower walls supporting tall buildings [J]. Engineering Structures， 2017， 148：639—659.

[3] 杜永峰，賈淑仙. 多維地震下大底盤多塔樓隔震結(jié)構(gòu)平扭耦聯(lián)響應(yīng)分析[J].工程抗震與加固改造，2012，34（05）：62—67.

Du Yongfeng， Jia Shuxian. Analysis of torsional vibration response in isolated multi-tower structure with large podium subjected to multi-dimensional earthquake [J]. Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting， 2012， 34（05）：62—67.

[4] 吳應(yīng)雄，陸劍峰，顏學(xué)淵，等.不同縮進(jìn)比例的大底盤單塔樓結(jié)構(gòu)隔震性能研究[J] .振動(dòng)與沖擊，2017，36（23）： 123—130.

Wu Yingxiong， Lu Jianfeng， Yan Xueyuan， et al. Seismic isolation performance of a single tower structure on a large chassis with different indentation ratios [J]. Journal of Vibration and Shock， 2017， 36（23）： 123—130.

[5] 吳應(yīng)雄，顏桂云，石文龍，等.長(zhǎng)周期地震動(dòng)作用下高層隔震結(jié)構(gòu)減震性能試驗(yàn)研究[J].振動(dòng)工程學(xué)報(bào)，2017，30（5） ：806—816.

Wu Yingxiong， Yan Guiyun， Shi Wenlong， et al. Experimental study on the seismic-reduction performance of high-rise isolated structure under long-period ground motions [J]. Journal of Vibration Engineering， 2017， 30（5）：806—816.

[6] 譚 平，周 云，周福霖.大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)的混合減震控制[J].世界地震工程，2007，23（2）：12—19.

Tan Ping， Zhou Yun， Zhou Fulin. Hybrid isolation control for multi-tower structures with a large podium [J].World Earthquake Engineering， 2007， 23（2）：12—19.

[7] 馬小明，劉廷濱，趙建昌，等.某平面不規(guī)則大底盤多塔樓隔震結(jié)構(gòu)的抗震性能分析[J].世界地震工程，2017，33（02）：105—112.

Ma Xiaoming， Liu Tingbin， Zhao Jianchang， et al. Seismic behavior analysis of a planar irregular enlarged-based multi-tower isolation structure [J].World Earthquake Engineering， 2017， 33（02）：105—112.

[8] Nishimura A， Yamamoto H， Kimura Y， et al. Base-isolated super high-rise RC building composed of three connected towers with vibration control systems [J]. Structural Concrete， 2011， 12（2）：94—108.

[9] Zhao N， Ma K， Tang S， et al. Elastic-plastic time-history analysis on multi-tower isolated structure with an enlarged base[C]. International Conference on Electric Technology and Civil Engineering，Lushan， China， 2011：2161—2164.

[10] Loh C H， Wan S， Liao W I. Effects of hysteretic model on seismic demands： consideration of near-fault ground motions [J]. The Structural Design of Tall Buildings， 2002， 11（3）： 155—169.