隔震和长壁地震的地震反应

隔震和长壁地震的地震反应0地震反应及基础隔震技术应用的必要性云南省抗灾训练中心大楼是一座采用橡胶隔震垫基础隔震的建筑，昆明七华广场是昆明最大的一栋超高层建筑为了解隔震设施的隔震效果和超高层建筑物的地震响应特性，“九.五”期间，云南省地震局于2000年6月及2001年2月在两栋建筑物分别架设了两个数字强震结构响应观测台阵（各两台数字强震仪）台阵架设后，在昆明及其周边地区相继发生了武定

5.1级、宜良

4.2级、呈贡

3.6级、楚雄

5.3级和江川

5.1级地震，特别是宜良和呈贡两次地震在昆明市区引起了强烈震感两个台阵不同程度地记录了两栋建筑物对这几次地震的反应基础隔震技术是一种较为成熟的建筑结构抗震设计方案，在包括我国的许多国家，都已建成多栋采用这一技术的多层钢混建筑物但作为一种新的建筑结构形式，经历过实际地震检验并取得建筑物响应观测资料的并不多对于高层超高层建筑物，经受过实际地震检验的同样不多，获取的强震观测资料更少为发展并推广应用基础隔震技术，研究建筑物的抗震性能，开展基础隔震建筑物及高层超高层建筑物地震响应观测十分必要在这几次地震中获取的都是小地震事件记录，而人们更关心的是可引起建筑物非线性反应的强烈地震动，由其可直接评估建筑物的抗震性能并分析结构的非线性动力特性但小地震事件记录可用于确定建筑物的线弹性阶段的动力性能，为建筑物的抗震分析提供基本参数利用这几次地震中获得的观测记录，本文分析了建筑物的频率响应特征，并与理论计算结果作了对比1强地震平台配置和观测记录的观测记录

1.1断裂断裂两个台阵所在的昆明盆地是云南最大的断陷盆地之一，盆地及周围地区活动断裂十分发育,分布着普渡河、百邑、黑龙潭等断裂其中控制昆明盆地西缘的南北向普渡河断裂在昆明盆地以南及以北都已经发生过6级左右地震，而作为云南乃至全国最重要的强震构造带之一的小江断裂带距离昆明仅20余公里，该断裂带在有史记载以来分别于1500年、1733年、1789年发生过4次7级以上乃至8级强震，并曾对昆明地区产生重要影响

1.2抗震国土工程两台站分别位于昆明市区的南部和西部场地地势平坦，土层覆盖厚度分别在300nl及800nl以上，为冲洪、湖积相沉积软土经钻孔揭露，抗震培训中心场地在25nl深度范围内,自上而下为填土、耕土、洪积成因粘土、湖积成因淤泥、粘土、粉土、砂性土层等佳华广场场地在80m深度内，自上而下为填土、冲洪积成因的粘性土及碎石土（圆砾）、局部为沼泽沉积的泥炭化土及淤泥、湖积成因的粘性土夹粉土、粉砂等图1为两个场地的剪切波速分布图

1.3佳华广场

5.2号空间组织设备两个台阵的观测对象分别为云南省抗震培训中心和佳华广场两栋建筑的地震反应抗震培训中心由采用普通桩基础的一栋7层教学楼、一栋3层功能楼及一栋职工住宅楼以及采用基础隔震8层（地下1层，地上7层）框架结构学员宿舍楼组成其台阵由两台数字强震仪组成，分别架设在学员宿舍楼的地下室（-

2.5叫9号仪器）和7楼（

19.45m,10号仪器）该楼长33m（长轴）、宽

7.2m（短轴），地理位置:2501，10〃N,102°40’35〃E,海拔高度1889m佳华广场由A、B两栋41层和29层（其中地下3层），楼高分别为

144.

76103.6m的现浇钢混/筒结构建筑组成两栋楼从基础到地上8层（

28.4m）为一个整体，其基础采用桩箱结合形式该台阵由两台数字强震仪组成，架设在A栋的地上38层（

135.8叫仪器号54）及地下3层（12m深，仪器号55）处，地理位置:2501，31〃N,102°43，15E,海拔高度1890m两个台阵的仪器还兼有强震流动观测的功能，当其它地区发生破坏性地震时，将抽调到震区进行临时观测，流动观测结束后再架设回来原地

1.4pc机通信接口2个台阵4台仪器均采用中国地震局工程力学研究所最新研制生产的GDQJ-1A型数字化强震仪，其主要性能见表11GDQJ-A1通道数3;模数转换:16位A/D,分辨率±76uV;内存:4Mb CMOS非易失RAM;量测范围最大士2g（±

2.5V）（可调）；采样频率最大500Hz（可调）；时钟精度lms,通过GPS对时可将仪器系统时钟及后备时钟与世界时同步；触发三通道触发加权可选，触发方式可选（带通滤波阀值触发以及STA/LTA差值和比值触发）；触发灵敏度最高

0.Igai,可调；数据通讯主机有RS232接口可直接与PC机连接，或与MODEM连接然后通过电话线与中心控制计算机连接，实现远程拨号上机通讯；电源由电压为12V的可充电电池提供电力，电池接220V市电浮充；传感器传感器为SLJT00三分向力平衡加速度计，其主要特性为:量程±2g±lg;灵敏度±l.25V/g±

2.5V/g;动态范围＞90db;阻尼常数

0.7;输出阻抗＜1；输出电流8mA;自振频率80Hz;频带080Hz;〜主要功能除记录地震事件的加速度时程数据外，还可计算仪器放置点的烈度云南抗震培训中心及昆明佳华广场台阵分别在2000年6月15日及2001年2月12日架设完毕并运行运行时，触发灵敏度都设置为2gal预存时间4s,后事件时间10s从2000年8月21日起，在昆明附近150km的范围内，共发生了5次昆明有感地震，其中以宜良

4.2级等地震的震感最强，两个台阵的仪器不同程度地记录了在这几次地震中两栋建筑物的反应，表2列出了这几次地震的参数及记录的情况在宜良

4.2级地震发生前2001年4月12日，发生了施甸

5.9级地震，从两个台阵中各抽调了一台位于地下室的仪器到施甸震区开展强余震流动观测，于2001年6月10日撤回宜良地震只被仍架设在两栋建筑物顶楼的强震仪所记录，而武定、楚雄、江川地震也仅有抗震培训中心隔震大楼上有记录图2分别为这几次地震的典型记录，在这些三分向纪录中，最上面的为竖向分量，中间及下面的为水平向分量，抗震培训中心的两个水平分量分别与建筑物的长短轴吻合，而佳华广场的两个水平向分别指向东西和南北此外，为了对比分析，在佳华广场的楼上测点，还进行了脉动观测2记录处理分析

2.1地震记录的近震特征在这些地震中，武定、楚雄、江川和宜良到观测点的距离在32km以上，从其记录波形看具有明显的中远震记录的特征，如竖向分量都很小，与干扰相差无几，而水平分量除幅值相对要强得多外，振动以低频为主，且波形也比较规则头3个地震的记录初动已丢失，而宜良地震的竖向记录初动也很难识别，前者是由于仪器的预存时间不足，后者是由于竖向运动太小，难于从背景干扰中识别从记录上可以看到，这几个地震记录都被截尾，记录不完全，这与建筑物振动时间很长及后事件时间不足有关与上述记录相比，呈贡地震的记录具有明显的近震特征，初动也很清楚，地下室的记录很完整，但楼上的记录仍有截尾现象，后事件时间仍然不足从图中可以看到，竖向运动具有与水平向运动相当的振动强度，且地下室的记录振动频率较高对比两个台阵的记录，可以看到，佳华观测点的震中距仅比抗震培训中心小1km多，但地震动却发生了较大的变化，由竖向运动为主变为水平向为主在前者的水平向记录中，S波的到达基本没有引起波形的变化，但在后者的记录中却非常明显这种变化的部分原因可能是场地条件不同，但更为重要的可能是震中距的差异所引起的地震动的差动

2.2地震低频成分为了揭示记录的频率构成，对记录进行功率谱分析图3显示的是呈贡及宜良地震记录的功率谱从图中可以看到，地震波主要由1Hz以上的高频成分构成，对其它几次地震的记录抗震培训中心的震中距比佳华更大，且场地更软、覆盖更厚，低频成分应更丰富但从图上可以看到，无论是地下还是楼上，佳华广场的纪录有着更丰富的低频成分，说明结构的形式不仅影响了结构的地震反应，也对地基造成了影响3强震记录与理论计算结果对比在进行结构的抗震设计时，须确定建筑物的动力特性在表征结构动力特性的诸多参数中,结构的振型及其周期是最为重要的参数之一这一参数可通过理论计算如经验公式、结构的动力反应分析等得到，也可在建筑物建成后，进行动力测试，如脉动测量，如果有实际地震记录，用地震记录来计算该参数将能得到更为可靠结果下面将通过对强震记录的分析来了解结构的动力特性，并与理论计算结果进行对比由于在每个建筑物内只架设了两台强震仪，要由其确定建筑物的振型基本是不可能的，但利用在楼顶放置的强震仪获取的记录，可以确定各振型的周期因此，这里只对建筑物的周期进行讨论

3.1佳华广场建筑动力分析结果云南省建筑设计院在进行佳华广场的抗震设计及分析抗震培训中心建筑结构的抗震性能时,通过动力分析得到了建筑结构的振型及相应的周期表3列出的是动力分析得到的佳华广场建筑结构各振型的周期，表4是抗震培训中心建筑结构的前三个振动周期表中=

0.0267及=

0.31忽略建筑物的宽度影响，可分别计算出佳华广场建筑物的第

一、第

二、第三周期分别为

3.6259s、L6679s及L124s,与动力分析结果有一定的误差表中给出的是短轴方向的振动

3.2振动特性分析结构所具有的自振特性将使自振周期附近的地震动频率成分得到相对增强，因此，如果知道结构的地震动输入，通过对比，找出被放大的周期成分，将可确定结构的自振周期在呈贡地震中，在两栋建筑物的基础上都获取了地震动记录，输入因受到结构的影响不能将其看作为结构的地震动输入，但从图3可以看到，基础上的记录与结构上的存在一定的差异，仍可作一些比较分析比较而言，抗震培训中心地基的地震动受结构的影响要比佳华广场的小得多，更接近自由场地的地面运动对于仅

3.6级地震，低频成分将很弱，从该培训中心的地基地震动记录图3d可以看到，周期大于1s以后，能量非常小但在佳华广场记录中，在1s以后的某些周期，振动强度却得到了相对的增强，在佳华广场38楼测试的脉动记录也有相近的显示，这些周期应该反应了结构的自振周期表5给出了根据楼上记录的结果给出的结构振动周期，止匕外，表中还给出了一个

0.58514s的周期，在其附近，振动信号在三个方向上都是最强的，但是否反应了结构的振动特性，无法判定在抗震培训中心的记录中，各记录的结果有一些差异，这种差异似乎与地震的方位有关，但是，在表6给出的周期附近信号得到一定程度的增强一般而言，随着振型的增高，振动的能量奖减小，但图上可以看到，如果将表中的周期看作为结构的自振周期，记录的能量并不随振型的增大而减小，而高阶振型的能量要大得多,其原因可能在于1所取得的记录都是小震事件，而小震产生的地震波以高频成分为主，低频能量非常弱，不易激发大的低频振动响应；2结构受到地震的冲击时，在较短时间内，地震力的作用将起主导作用，主要反映的是一种强迫振动，仍然保存了较多的输入地震动的特征，结构振动的共振效应并没有得到充分的体现地震力作用结束后，结构进入自由振动阶段，其振动将由结构的动力特性决定，这时各振型特别是低阶振型的振动将被突出因此，在小地震事件下，为确定具有长自振周期结构振动特性，需要尽可能地完整记录结构的地震响应但由于仪器记录时间设置上的问题，从图3可以看到，这几次地震记录都不完整，所切断的可能是更能反映结构动力特性的部分从前面的分析可知，表5中的周期1应是结构的振动特性真实反映，如果作为结构第一振型周期，则与计算结果相差较大，且理论计算结果也没有与此相近的振动周期，如何解释周期1,是个问题相对而言，抗震培训中心的记录分析结果与理论计算结果较为接近，周期1即是结构的第一振型周期，不过其长轴向的第一振型周期比短轴方向的还长，也不合理由于两个结构都分别只在地面及最高层放置强震仪，不能确定结构的振型，也就不能判定振型周期，在此，也就不能对上述记录分析结果与理论计算结果之间存在的不一致作进一步的分析

3.3结构对竖向振动的敏感在表1所列的地震事件中，仅呈贡地震同时记录了在两个结构的地基和顶楼地震响应，下面，通过对比地基与结构上的最大加速度响应，讨论结构对地震动的放大作用表7给出了大楼地基和顶楼最大加速度的比值从表中可以看到，两个建筑的表现出很大的差异，佳华广场对水平向运动很敏感，放大倍数都超过了2倍，而抗震培训中心结构对竖向振动敏感，放大倍数达

2.725,远大于两个水平向的接近于1倍的放大倍率除了结构高度的影响外，产生这种差异的最主要原因可能还在于抗震培训中心采用了橡胶垫隔震基础由于橡胶垫的作用，减轻了结构对水平向地震动的放大，但却增大了竖向的放大表7的数值表明，虽然抗震培训中心安装了橡胶隔震垫，但相比于地基，顶楼的地震动仍被放大，橡胶垫似乎没起到隔震的作用其原因可能在于，隔震垫的隔震对象是可引起建筑物结构损坏的强地震动，而该次地震是一次小地震事件，地震动较小，还不足以引起隔震垫产生隔震响应。