第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 中日隔震结构设计方法对比 李霆！
，胡紫东1，王晓嵩2 （1.中南建筑设计院股份有限公司，武汉430071 2.华中科技大学土木工程与力学学院，武汉430074） 提要：本文探讨了中国和日本隔震结构设计方法的差异.
以第十届中日建筑结构技术交流会的隔震结构设计实 例为背景，对比了中日两国隔震结构的上部结构设计、隔震层设计、隔震结构抗震性能目标及结构地震响应的异 同，分析了产生差别的原因.
相比中方，日方对隔震结构的抗震性能目标要求高.
关键词：隔震结构：设计对比：抗震性能目标：地震响应 1研究背景 中国和日本都有大量的隔震结构，为了对比中国和日本隔震结构设计的差异，第十届中日建筑结构技 术交流会（以下简称交流会）组织了中日双方的结构设计人员根据各自的国家规范（规程）对同一栋隔震 结构进行设计，并进行对比分析川，中方的方案由中南建筑设计院股份有限公司主持设计，日方的方案由 鹿岛建設株式会社主持设计.
对比设计的建筑方案由日方提供，地点选择为东京都23区，设计对象为某10层住宅，平面基本尺寸 为12.8mx39.0m，标准层高3.0m，总高30.5m.
建筑平面图和立面图如图1和图2所示.
中日两国的抗震设防标准不同，为了方便执行我国规范，交流会将中方隔震结构设计的抗震设防烈度 定为8度，设计基本地震加速度0.30g：Ⅱ1类场地，第一组，特征周期0.35s.
日 Y2 图1建筑平面图 作者简介：胡营东（1983-），男，博士.
高级工程师
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 直具具具具具 直具具具具具 ( Y 图2建筑立面图 2.隔震结构抗震性能目标对比 中方根据中国规范的规定，将隔震结构隔震目标定为采用隔震设计后上部结构抗震设防烈度可降低1 度，其对应的结构抗震性能目标详见表1.日方没有降一度的要求，其对应结构抗震性能目标如表2所示.
表1中方隔震结构抗震性能目标 荷载 上部结构 隔震层 静力 长期、短期 荷载作用 弹性 支座不屈服 弹性 多遇地霜 水平减震系数β≤0.4 支座取y-100%的刚度和阻尼计算 支座拉应力≤OMPa 地震作用 层间位移角≤1/1000 支座取250%的刚度和阻尼计算 罕遇地震 层间位移角≤1/120 支座拉应力≤IMPa 支座最大位移≤220mm 表2日方隔震结构抗震性能目标 荷载 上部结构 隔策层 静力 长期、短期 构件在允许应力度以内 支座不屈服 荷载作用 第1水准 构件在允许应力度以内 支座取100%之内的刚度和阻尼支座 (V=25cm/s) 层间位移角≤1/400 拉应力≤OMPa 地震作用 第2水准 构件在允许应力度以内 支座取y200%之内的刚度和阻尼 支座拉应力≤IMPa (V=50cm/s) 层间位移角≤1/200 支座最大位移≤400mm 通过表1和表2的对比可发现日方要求隔震后上部结构构件在各级地震作用下均在允许应力度以内 即上部结构始终保持弹性，即按大震弹性设计.
而中国规范则要求上部结构小震弹性，仅在罕遇地震作用 下对结构的变形有限制.
可见日方对隔震结构的抗震性能目标要求比中方高，采用大震弹性计算结构的设 计地震力比中方大.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 3.上部结构对比 中日双方均采用钢筋混凝土剪力墙结构，利用房间进行结构布置，中方选用剪力墙结构体系，日方采 用有端柱的单向剪力墙结构体系，双方结构布置图如图3和图4所示.
中方上部结构的设计在不影响建筑功能的前提下，尽量保持结构X、Y向两个主抗侧力方向的刚度接 近，竖向构件均匀布置.
上部结构的设计遵从我国规范《建筑抗震设计规范》口（以下简称《抗规》）和 《高层建筑混凝土结构技术规程》口（以下简称《高规》）的要求，即结构设计时剪力墙不宜单向布置， 宜沿两个主轴方向双向布置，结构在两个主轴方向的动力特性宜相近.
日方剪力墙沿纵向满布，面横向布置没剪力墙：楼板厚度选为270mm，这不符合中国规范要求.
中国 规范要求到剪力墙结构应具有延性，因此在《高规》中规定剪力墙不宜过长，墙段长度不宜大于8m，且 宜双向布置：在《混凝土结构设计规范》回中规定双向板跨厚比不大于30，板厚过大会降低结构的经济性.
对此日方给出的解释是考虑到设计对象为住宅，要尽量保护住户隐私，满布剪力墙和厚楼板是满足建筑隔 音的要求.
图3中方上部结构典型平面布置图（房间内楼板厚180mm、 墙厚250mmm、梁截面250x800、250x500) Y) 图4日方上部结构典型平面布置图（楼板厚270mm、 墙厚180mm、端柱600x800、梁截面180x800） 上部结构抗侧力体系的不同其对应的自振周期必然有明显差异，如表3所示.
除第一阶自振周期相近 外，其余各阶均有不同.
第一阶周期和第二阶周期比，中方为1.14s，日方为2.72s.
可见，在两个主轴方 向中方的抗侧力刚度接近，面日方的差别较大.
楼板厚度和竖向构件布置不一致导致结构各层的质量也有 差别，如表4所示.
中方上部结构各层质量比日方要小，典型楼层的质量约为日方的80%左右.
表3中日双方上部结构自振周期对比-不隔震（单位s） 模态阶数中方上部结构自振周期 日方上部结构自振周期 1 0.932 长向平动 0.956 X向平动 2 0.814 短向平动 0.351 Y向平动 3 0.721 扭转 0.329 扭转
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 上部各层质量对比 （单位kN） 层号 1F 2F 3F 4F SF 6F F SF 9F 1OF 屋面 中方 605 666 666 666 666 666 666 666 666 666 8419 日方 785 785 785 785 785 783 783 783 782 782 1039 3 4.隔震层布置对比 中日双方隔震层的支座布置图如图5和图6所示.
中日双方均采用有铅芯和无铅芯的叠层橡胶支座.
中方支座直径为400mm和500mm，日方支座直径为750mm，800mm和900mm.
双方的区别主要为：日 方上部结构暂没有考虑建筑楼梯间的影响，而中方认为楼梯间作为建筑的逃生通道，其重要性很高，因此 考虑了楼梯间的隔震：日方采用一柱一支座的布置形式，中方采用一柱多支座的形式.
日方采用的大直径 的一柱一支座的布置是对隔震结构有利的，支座直径越大支座的变形能力就越大，整体结构的周期就延长 越多，隔震效果就越明显，从表5隔震结构的自振周期对比可知，中方隔震后结构自振周期在2.39s而日 方长达4.707s.
中方选用小直径支座主要是基于以下几点考虑：第一，采用小直径支座可以达到降一度的 隔震目标：第二，支座越大其造价越高，通过经济性对比，采用小支座更有优势.
图5中方隔震支座布置图 图6日方隔震支座布置图
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 表5中日双方结构自振周期对比-隔震结构（单位s） 模态阶数 中方计算结果 日方计算结果 y100% y-250% y175% x向平 1 2.390 长向平动 2.558 长向平动 4.707 动 2.291 短向平动 短向平动 Y向平 2 2.437 4.645 动 2.214 扭转 2.260 扭转 0.532 x向平 3 动 5.结构地震响应对比 中日双方隔震结构计算均采用时程分析法，根据两国规范，中方选用三条地震波（两条天然波、一条 人工波）的计算结果最大值，日方选用七条地震波的计算结果最大值，地震波和规范反应谱的比较如图7 所示.
中方比较结果 日方比较结果 图7中日双方地震波和规范反应谱的比较 从表2可知，日方的结构抗震性能目标是在水准1和水准2下，上部结构均为弹性.
因此日方是按支 座变形为=175%，地震作用为水准2的条件进行上部结构的计算和设计.
中方设计时，先计算出减震系数， 再根据隔震后的水平地震影响系数进行上部结构设计.
中方的减震系数计算结果如图8所示，减震系数均 小于0.4，上部结构按7度（0.15g）进行设计.
层剪力减震系数 层倾覆力矩减震系数 图8水平向减震系数计算结果 图9和图10为中日双方层剪力和层倾覆力矩的计算结果.
日方设计用层剪力和层弯矩比中方大很多， 如设计用X向层剪力中方最大值为3951kN，日方约为7400kN.
出现这样的计算结果是由于日方的隔震结 构抗震性能目标为在水准2作用下，上部结构保持弹性，相当于中国规范的大震弹性设计.
而中方是小震
