太原某中學(xué)項目屈曲約束支撐可行性方案探討

趙 端

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030024)

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太原某中學(xué)項目屈曲約束支撐可行性方案探討

趙 端

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030024)

以某中學(xué)實驗樓、辦公樓工程為例，對阻尼器加屈曲約束支撐方案進(jìn)行了探討，分析計算結(jié)果表明，阻尼器加屈曲約束支撐方案既能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，又能增大結(jié)構(gòu)的延性，起到了結(jié)構(gòu)消能器的作用，達(dá)到了抗震設(shè)防“大震不倒”的性能目標(biāo)，且施工進(jìn)度快，安全可靠。

消能減震，阻尼器，屈曲約束支撐，抗側(cè)力

1 工程概況

本工程由辦公樓和實驗樓兩個單體組成，其中實驗樓總長51.50 m，總寬19.60 m，總高21.15 m，地上5層，無地下室，1層層高3.90 m，2層～5層層高4.20 m；辦公樓總長38.10 m，總寬17.60 m，總高23.70 m，無地下室，1層層高3.90 m，2層～5層層高4.20 m；總建筑面積 5 186.63 m2。此建筑設(shè)計使用年限50年，為乙類建筑，建筑耐火等級為二級。

2 自然條件和地質(zhì)情況

本工程場地地震基本烈度8度，設(shè)計基本地震加速度0.2g，第一組，建筑場地類別Ⅲ類，按9度要求采取抗震措施。基本風(fēng)壓0.40 kN/m2，基本雪壓0.35 kN/m2，地面粗糙度為B類。場地地基土自上而下可分為5層，依次為雜填土，層厚0.6 m～1.8 m；素填土，層厚1.4 m～4.8 m；卵石，層厚5.6 m～9.1 m；粉質(zhì)粘土，層厚1.3 m～4.3 m；卵石，未揭穿。場地所處地貌單元為太原西山傾斜平原,屬對建筑抗震一般地段。本場地為穩(wěn)定場地。

3 地基處理及基礎(chǔ)形式

本工程采用換土墊層法進(jìn)行地基處理，場地整片開挖，開挖范圍為基礎(chǔ)外邊各擴(kuò)出2 m,開挖至基礎(chǔ)底設(shè)計標(biāo)高，基坑開挖時，在卵石底部宜設(shè)置厚度為300 mm的砂墊層，地基采用卵石回填至設(shè)計基底標(biāo)高，回填卵石必須分層壓實，且壓實系數(shù)不小于0.97,保證基礎(chǔ)持力層為卵石層，地基土承載力特征值不小于180 kPa，采用梁板式筏板基礎(chǔ)。

4 結(jié)構(gòu)主體設(shè)計

1)結(jié)構(gòu)選型。考慮到本建筑為教學(xué)試驗樓，安全性尤為重要，故本建筑主體部分采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)形式，局部加阻尼器加屈曲約束支撐。采用屈曲約束支撐具有如下優(yōu)點：第一，由于屈曲約束支撐不存在平面外失穩(wěn)的問題，和普通鋼支撐相比具有更高的承載力，用鋼量較普通支撐更小。第二，屈曲約束支撐在小震下為結(jié)構(gòu)提供剛度，合理調(diào)整結(jié)構(gòu)平面和豎向剛度。第三，在設(shè)防烈度地震作用和罕遇地震作用下，屈曲約束支撐結(jié)構(gòu)體系具有耗能能力好、充分發(fā)揮鋼材性能的優(yōu)點。在提高結(jié)構(gòu)的整體抗震性能的同時也不影響建筑功能，同時還能增加立面效果。參照規(guī)范規(guī)定，結(jié)構(gòu)抗震等級為框架一級。

2)主要荷載取值見表1。

表1 設(shè)計采用的均布樓、屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 kN/m2

此外，雨篷、挑檐施工或檢修集中荷載取1.0 kN。樓梯欄桿頂部水平荷載取0.5 kN/m。大型設(shè)備按實際荷載考慮。

3)主要受力構(gòu)件尺寸取值見表2。

表2 結(jié)構(gòu)主要豎向構(gòu)件尺寸 mm×mm

屋頂板板厚為120 mm，其余各層樓板板厚均為100 mm。

4)主要結(jié)構(gòu)材料見表3。

表3 主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級

5)計算軟件及計算依據(jù)。本工程計算采用PKPMCAD工程部編制(2012年6月版)軟件PM,SATWE,JCCAD進(jìn)行數(shù)據(jù)分析計算及施工圖設(shè)計。計算依據(jù)除了常規(guī)使用的國家相關(guān)規(guī)范和規(guī)程外，還重點使用了JGJ 297—2013建筑消能減震技術(shù)規(guī)程和JG/T 209—2012建筑消能阻尼器等國家相關(guān)規(guī)范。

6)阻尼器加屈曲約束支撐方案。本工程抗震設(shè)防烈度為8度。屈曲約束支撐分別布置在地上1層～5層，在結(jié)構(gòu)模型中的立面如圖1，圖2所示。

實驗樓結(jié)構(gòu)整體附加3%阻尼，辦公樓結(jié)構(gòu)整體附加5%阻尼，能夠減少結(jié)構(gòu)主體所受到的地震作用，從而能相應(yīng)的減小梁柱配筋。

由于附加阻尼是通過在結(jié)構(gòu)局部粘滯阻尼器體現(xiàn)的，因此在結(jié)構(gòu)的X方向和Y方向仍需要占用相應(yīng)的跨數(shù)來放置阻尼器。

每層屈曲約束支撐布置情況如表4，表5所示。

表4 實驗樓屈曲約束支撐布置一覽表

表5 辦公樓屈曲約束支撐布置一覽表

采用屈曲約束支撐方案后，SATWE計算得到的結(jié)構(gòu)總體指標(biāo)如表6，表7所示。

表6 實驗樓SATWE主要計算結(jié)果比較

表7 辦公樓SATWE主要計算結(jié)果比較

阻尼器信息如表8所示。

表8 阻尼器信息

5 結(jié)語

通過PKPM計算可看出，本工程加入阻尼器加屈曲約束支撐體系后，結(jié)構(gòu)計算結(jié)果中的“七大比值”均能滿足現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的要求。使用阻尼器加屈曲約束支撐后結(jié)構(gòu)的延性增加，它能夠耗散掉更多的地震能量，保證了結(jié)構(gòu)的安全，而且屈曲約束支撐施工容易，進(jìn)度快，安全有保證。

同時，在中震和罕遇地震作用下，阻尼器加屈曲約束支撐可以消耗更多的地震能量，起到了結(jié)構(gòu)消能器的作用，從而保護(hù)結(jié)構(gòu)中主要的受力構(gòu)件不產(chǎn)生破壞，達(dá)到抗震設(shè)防的“大震不倒”的性能目標(biāo)，能夠保護(hù)建筑物內(nèi)人員生命和財產(chǎn)安全。

Discussion on the feasible plan of buckling restrained brace of a middle school project in Taiyuan

ZhaoDuan

(Architecture Design Institute, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)

Takingahighschoollaboratorybuilding,officebuildingengineeringasanexample,thispaperdiscussedthedamperandbucklingrestrainedbracescheme,theanalysisandcalculationresultsshowedthat,thedamperandbucklingrestrainedbraceschemecouldmeetthecurrentspecificationrequirements,alsocouldincreasethestructuralductility,hadtheroleofstructuralefficiency,achievedtheperformancegoalofseismicfortificationof“NoCollapsingintheStrongEarthquake”,andhadfast,safeandreliableconstructionprogress.

energydissipation,damper,bucklingrestrainedbrace,lateralforce

1009-6825(2015)21-0024-03

2015-05-12

趙 端(1982- )，男，工程師

TU311.2

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