《建设工程抗震管理条例》自发布以来，全国“两区域八大类”建筑依照法规要求，需采用隔震减震等技术，进行设防地震作用下的正常使用分析、设计，同时要满足《建筑隔震设计标准》、《基于保持建筑正常使用功能的抗震技术导则》及其他现行规范、标准、规程的要求。河南省在2023年11月发布《河南省住房和城乡建设厅关于做好全省地震重点监测防御区防震减灾工作的通知》，进一步明确各地要严格执行《条例》相关要求。通过对河南省近3年的“两区域八大类”建筑项目调研，发现多数项目根据自身特点、业主要求等因素，较多采用减震技术；笔者有幸在郑州市某学校项目中进行了隔震技术探索及应用，采用PKPM+SSG软件完成了项目的分析、设计，实践过程中总结了部分心得体会，供同行参考、指正。
工程概况
项目为郑州市某初级中学建设项目，总建筑面积约28300m2，项目包括教学楼、实验楼、风雨操场等建筑。其中，教学楼为地上5层，局部地下一层；实验楼地上3层，地下一层；风雨操上地上2层，地下一层。工程效果图见图1.1。以教学楼为例，单体三维模型见图1.1，建筑结构使用年限50年，抗震设防类别乙类，抗震设防烈度7度（0.15g），设防地震分组第二组，场地类别Ⅱ类，特征周期0.40s；基本风压0.45kN/m2，基本雪压0.40kN/m2。
2.1 隔震层选择隔震层位置可根据项目实际情况，按以下要求选取：1）无地下室的建筑，隔震层可设置在基础顶面与一层底板之间；
2）有地下室的建筑，隔震层可设置在基础顶，也可设置在地下室顶板与一层底板之间；
3）带裙房的大底盘结构，隔震层可设置在裙房顶板与其上一层底板间。
图2.1 不同位置隔震层示意图（1-基础，2-隔震支座层，3-上支墩层顶，4-地下室，5-裙房层）
隔震层不做使用功能时，隔震层顶板下净高不宜小于2.0米，不应小于1.6米；隔震层顶板梁下净高不宜小于1.2米，不应小于0.8米，并满足检修、更换隔震装置的需要。隔震层应设置人员检修出入口、隔震装置进出口或吊装口，并应设置防止人员误入或坠落的措施。图2.2为前期调研项目的情况，依次为净高偏低、净高较大、净高适中的情况。
隔震层位于地下室和半地下室时，其防水等级应根据使用功能确定。其地下工程迎水面主体结构应采用防水混凝土，并应根据防水等级的要求采取其他防水措施。当隔震层设置在基础顶时，宜设置防水板或筏板，当无结构底板时应增加相应措施避免地下水渗入隔震层内部。本工程隔震层布置在地下室顶板与±0.000楼板之间。2.2 抗震缝设置教学楼建筑平面呈U形，如若不分缝，按照《建筑抗震设计规范》3.4.3条可判断属于凹凸不规则，而《建筑隔震设计标准》4.1.1条条文说明解释不管上部结构是否存在扭转不规则，隔震结构的扭转规则性都可以通过隔震层的设计加以解决。通过初步试算，不设缝的情况下可理解为大底盘隔震，通过控制隔震支座的布置，实现较小的偏心率、周期比和位移比，满足《建筑隔震设计标准》4.6.2条要求。可考虑不设置抗震缝，但是结构凹凸不规则性仍然存在，本单体仍考虑设缝处理，即上支墩层不设缝，上支墩层以上设缝、分塔，上部结构分区见图2.3。项目实践中建议可根据项目复杂程度确定。
2.3 隔震支座常见的隔震支座种类见图2.4。本工程采用建筑隔震橡胶支座，主要参技术参数包含：第一形状系数S1，是指橡胶隔震垫中单层橡胶板的有效承压面积与橡胶板的总自由面积之比，主要反映薄钢板对橡胶板变形的约束程度；S1与隔震支座的竖向刚度与承载力密切相关，不应小于15；第二形状系数S2，是指橡胶板的直径与橡胶总厚度之比，主要反映橡胶受压时的稳定性。S2与隔震支座的稳定性和水平刚度有关，第二形状系数不应小于3且不宜小于5。2.4 确定隔震目标依据《建筑隔震设计标准》6.1.3条：本工程隔震目标为：底部剪力比不大于0.5，框架抗震等级降低一级。2.5 隔震设计流程
本工程采用PKPM2021版V1系列结构分析软件进行隔震结构的建模与分析设计。该单体结构平面、竖向规则，依据《建筑隔震设计标准》（以下简称隔标）4.1.3条，可采用复振型分解反应谱法结合迭代计算隔震支座刚度和阻尼比的方法，进行隔震结构的设计工作，无需与时程分析方法计算结果进行包络设计。在PKPM软件中定义、布置隔震支座，设置性能目标、定义相关构件类别，对隔震模型和非隔震模型进行整体设计方法分析计算；可在一个模型里，一键实现包含中震隔震、中震非隔震、大震隔震等多模型的性能包络设计工作，方便快捷。采用SAUSG-GZ进行大震弹塑性时程分析。3.1 非隔震模型试算该步不一定所有项目均需要进行，但上部结构构件截面、隔震支座大小是两个变量，直接以一体化模型进行设计分析，较难或者需要多次试算才能完成一体化模型的调整，而按照降低1度的中震地震力输入地震参数，对上部结构柱底进行点铰处理，模拟加了隔震支座的状态，进行上部结构试算，可较快速的初步确定上部结构构件截面，进而再进行组装隔震支座层及下部结构，可较快捷的完成一体化模型的试算。注意，在上述非隔震假定模型下进行试算，将结构整体指标调过或接近调过，例如位移比、刚重比、剪重比、轴压比等，位移角需满足《隔标》规定的上部结构层间位移角限值。例如：此结构为框架结构，层间位移角需满足1/400。
3.2 隔震设计参数设置PKPM-GZ模块提供了隔震信息参数截面，见图3.1，设计师除了将通用设计参数设置外，仅需在此界面下设置隔震专属信息，即可快捷完成参数设置。图3.2为后续版本软件参数界面，补充按照《抗规》采用一体化模型设计的功能。
3.3 构件性能目标本工程楼层为：地下室一层、下支墩层、隔震支座层、上支墩层、上部结构各层，按照图3.4示意及《隔标》条文要求指定构件性能目标。而在PKPM-GZ模块里，在图3.1隔震信息界面准确输入隔震支座所在层号、计算底部剪力比层号，再到图3.3按照流程设置隔震区域构件，在减隔震结构性能设计中复核构件性能目标即可，上述参数存在联动、关联关系，极大减少手动指定性能目标的工作量。
3.4 隔震支座的选取和布置本工程教学楼一共布置84个隔震支座，其中LNR600支座6个、LNR700支座18个、LRB600支座26个、LRB700支座31个、LRB800支座3个。铅芯橡胶支座布置在结构的周边。各支座类型及支座布置见图3.5。PKPM-GZ模块可以进行一键自动布置隔震支座，方便快捷的完成隔震支座的初步选型。见图3.6。
4.1 结构动力特性分析
设防地震（中震）作用下，隔震结构与非隔震结构的周期对比见表4.1（可在后处理菜单→隔震计算书中查看）；《叠层橡胶支座隔震技术规程》规定：隔震房屋两个方向的基本周期相差不宜超过较小值的30%。由表4.1可知，采用隔震技术后，结构的周期明显延长，且满足相关规定要求。4.2 底部剪力比结构底部剪力比值的最大值为0.43，据《隔标》第6.1.3-1条，隔震后结构与隔震前结构底部剪力比不大于0.5时，上部结构按本地区设防烈度降低1度确定抗震措施，经济效应较好。
4.3 设防地震下弹性层间位移角
表4.3中设防地震下上部结构最不利层间位移角为：X 向：1/667,Y 向：1/700，二者均满足《建筑隔震设计标准》规定的限值要求。
4.4 隔震层偏心率
上表亦可在隔震计算书中查看，可知，设防地震下隔震层偏心率满足《建筑隔震设计标准》4.6.2-4 的要求。
4.5 抗风验算隔震层必须具备足够的屈服前刚度和屈服承载力，以满足风荷载和微振动的要求。《建筑隔震设计标准》第4.6.8条规定抗风承载力应符合下式规定：，即1.5Vwkx = 3949.8 < 5034.7kN，1.5Vwky = 5002.1 < 5034.7kN，满足要求；《抗规》规定：采用隔震的结构风荷载和其他非地震作用的水平荷载标准值产生的总水平力不宜超过结构总重力的10%。本结构总重力荷载代表值为228508.2 kN，其10%大于风荷载产生的水平力2633.2 kN(X向)，3454.8 kN(Y向)，满足规范要求。以上结果在隔震计算书中展示。4.6 隔震支座验算为了文字看的清晰，仅以个别隔震支座验算结果为例，见图4.6所示。反应谱计算结果，前期参考用。中震、大震下分别切换对应子模型查看即可。
图4.6 隔震层支座长期面压、拉压应力、变形验算、屈重比验算结果
4.7 楼面质心水平加速度楼面质心水平加速度需要执行时程分析之后，才能在模型目录下WDYNA.txt文件下查看。本工程补充中震弹性时程分析，楼面质心水平加速度最大为0.12g，满足《导则》Ⅱ类建筑中震下的最大楼面水平加速度限值0.45g。
4.8 罕遇地震作用下SSG弹塑性时程分析结果V1版本PKPM接SSG需要“非线性”菜单栏下进入，V2版本后在主界面SAUSG非线性处也可进入，效果一致，见图4.8。两软件隔震后模型的质量相差4.41%，主要周期相差3.34%之内，都非常接近。SSG-PI的相关分析流程不再赘述，PKPM构力学堂及SSG官网均有相关教学视频可学习。以下列举部分SSG罕遇地震作用下弹塑性分析的部分结果。4.8.1 按照《建筑隔震设计标准》4.6.9-2条要求：结构整体抗倾覆验算时，应按罕遇地震作用计算倾覆力矩，并应按上部结构重力代表值计算抗倾覆力矩，抗倾覆力矩与倾覆力矩之比不应小于1.1。经计算满足规范要求。见表4.9。4.8.2 隔震层最大水平位移165mm，小于0.55D=330mm（D为最小隔震支座直径，本工程采用隔震支座最小直径为600mm）及3Tr=333mm（Tr为最小隔震支座的橡胶层总厚度）中的较小值，满足要求。见图4.10。
4.8.3 根据《建筑抗震设计标准》12.2.4条及《建筑隔震设计标准》第6.2.1条规定：隔震橡胶支座在罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下，拉应力不应大于1.0MPa。见图4.11。
4.8.4 隔震支座在罕遇地震作用下，支座压应力最大值为17.55Mpa，满足《建筑隔震设计标准》第6.2.1条规定：重点设防类建筑橡胶支座最大压应力限值25Mpa。见图4.12。4.8.5 在罕遇地震作用下，计算结果满足《建筑隔震设计标准》第4.5.2条限值1/100要求。
4.8.6 按照《建筑隔震设计标准》4.6.1条要求：当隔震层采用隔震支座和阻尼器时，应使隔震层在地震后基本恢复原位，隔震层在罕遇地震作用下的水平最大位移所对应的恢复力，不宜小于隔震屈服力与摩擦阻力之和的1.2倍。经计算满足规范要求。4.8.7 隔震审查报告
4.9 配筋结果及施工图如图4.15示意，PKPM可以在一个主模型内实现中震隔震模型、大震隔震模型的配筋包络设计，此时需要从主模型下进入施工图绘制模块。另外，如图4.15示意，计算书可以选择显示各个子模型的包络设计信息，方便设计师查看及提交审图机构。
5.1 隔震建筑和普通抗震建筑设计的不同前期方案阶段需要和建筑及其它专业进行配合：1、确定隔震层设置部位；2、确定隔离缝的位置；3、楼梯、电梯的做法。5.2 隔震、减震、抗震建筑的选择需考虑的因素：1. 建筑物的重要性程度；2. 抗震设防烈度；3. 经济性影响。5.3 隔离缝做法
竖向隔离缝（隔震沟）宽度不应小于隔震支座在罕遇地震下最大水平位移的 1.2 倍，且不宜小于 500mm 不应小于300mm。
5.4 电梯井道做法两种形式的选择，考虑的因素：1. 施工难度；2. 后期检修；3. 地震影响。
5.5 隔震层机电设备与管线
随着综合国力的逐步提升及行业技术的发展，更多更优的抗震技术也许会出现，而目前减隔震技术的较大范围的推广及应用，可较大幅度的改善建筑物的抗震性能。通过本文所述内容及分析结果证明，该工程采用隔震方案是有效可靠的；通过增加隔震层后，有效的降低了上部结构的地震响应，并且结构各项指标均满足相关规范、规程及标准的要求。基于PKPM+SAUSG的减震隔震一体化设计解决方案，为广大从业人员提供了便利的工具软件，既能满足《隔标》设防地震及正常使用相关技术要点，又能实现构件设计自动满足不同性能水准的目标要求，可以方便设计师高效完成配筋计算书出图及相关结构设计指标整理的工作。
河南省城乡规划设计研究总院股份有限公司是一家集城乡规划、市政工程、建筑工程及风景园林工程等各类工程设计与技术咨询、科研等职能为一体的国家高新技术企业。全院在职职工达到2025人，其中享受省政府特殊津贴专家1人，河南省勘察设计大师3人，教授级高级工程师51人，高级职称340余人，中级职称870余人，各类注册人员240余人，博士6人，在站博士后8人。设有国家博士后科研工作站、河南省企业技术中心、郑州市饮用水安全保障技术工程研究中心、城市规划研究中心、城市交通研究中心、小城镇研究中心、绿色建筑设计研究中心、海绵城市研究中心等多个技术研发平台。我院是河南省国土空间规划智库、河南省城乡基础设施标准化委员会的依托单位，与同济大学、郑州大学、河南大学等多家高校建立了合作关系，科研成果丰硕。共完成科研课题百余个，在研课题20个，获得发明专利7项，实用新型52项，软件著作权31项。受邀主持、参与编制国家级、大区级、省级技术标准、导则23项。近几年全院员工出版专著17部，发表论文百余篇。来源：SAUSG非线性仿真
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