結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)在某學(xué)校建筑中的應(yīng)用

李 朝 輝

(太原市龍城發(fā)展投資有限公司，山西 太原 030002)

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結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)在某學(xué)校建筑中的應(yīng)用

李 朝 輝

(太原市龍城發(fā)展投資有限公司，山西 太原 030002)

以山西省太原市某工程為例，闡述了建筑隔震設(shè)計(jì)的流程，并對(duì)隔震和非隔震分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，從分析結(jié)果可知，采用隔震技術(shù)后，大大減小了上部結(jié)構(gòu)的水平地震作用，有效地減小了上部結(jié)構(gòu)在地震作用下的相對(duì)變形，從而保證主體結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全，以及內(nèi)部設(shè)備功能完好，以使地震后能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

隔震設(shè)計(jì)，減震系數(shù)，地震波，水平位移

0 引言

1 工程概況

本工程位于山西省太原市，抗震設(shè)防烈度8度(0.2g)，設(shè)計(jì)地震分組第二組，Ⅲ類場地，特征周期0.45 s，框架結(jié)構(gòu)，地下2層，地上5層，其中-1層為隔震層，建筑結(jié)構(gòu)高度19.00 m，寬18.50 m，高寬比1.03，屬于乙類建筑。

2 隔震設(shè)計(jì)流程

1)隔震設(shè)計(jì)一般采用分部設(shè)計(jì)方法，即以隔震層為界分為上部結(jié)構(gòu)、隔震層、下部結(jié)構(gòu)，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2)建立隔震和非隔震模型，非隔震模型按常規(guī)方法建立，通過在非隔震模型中的隔震層柱節(jié)點(diǎn)上布置隔震支座來建立隔震模型。

3)計(jì)算水平向減震系數(shù)β：對(duì)非隔震模型進(jìn)行中震下的彈性時(shí)程分析；對(duì)隔震模型進(jìn)行中震下的彈塑性時(shí)程分析或用FNA法；人工對(duì)比隔震模型和非隔震模型在每條地震波作用下的上部結(jié)構(gòu)各樓層剪力值，所有比值中取最大值作為水平地震減震系數(shù)β。

4)求出隔震后的多遇地震的水平地震影響系數(shù)最大值αmax1。

5)在非隔震模型中輸入αmax1并進(jìn)行振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算，得到上部結(jié)構(gòu)的配筋結(jié)果。

6)隔震層設(shè)計(jì)包括兩部分，分別是隔震支座的驗(yàn)算及隔震墊下支墩的設(shè)計(jì)。對(duì)隔震模型進(jìn)行大震下彈塑性時(shí)程分析，求出各隔震支座的反力、隔震支座的拉、壓應(yīng)力及位移；人工將支座拉壓應(yīng)力、支座位移和規(guī)范限值比較，看是否滿足要求；用此過程得到支座反力對(duì)支墩進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。

在市場經(jīng)濟(jì)條件下，各企業(yè)之間的競爭愈演愈烈，各企業(yè)在面對(duì)如此激烈的競爭時(shí)，往往會(huì)采用各種各樣的手段來提高企業(yè)的效益，諸如采用賒銷的辦法來刺激企業(yè)產(chǎn)品的輸出，減少產(chǎn)品的滯留，也能夠使顧客更加愿意去購買相應(yīng)企業(yè)的商品。然而，賒銷政策的實(shí)施，雖有利于促進(jìn)銷售，但也往往會(huì)帶來客戶拖欠款的現(xiàn)象。企業(yè)收不回應(yīng)收賬款，會(huì)給企業(yè)帶來一定的資金危機(jī)，從而使企業(yè)不能夠持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展。因此，市場上商業(yè)競爭過大也是企業(yè)應(yīng)收賬款制度現(xiàn)存的一個(gè)大問題。

7)對(duì)非隔震模型進(jìn)行大震振型反應(yīng)譜法計(jì)算，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)隔震層以下結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)件的斜截面承載力驗(yàn)算；對(duì)非隔震模型進(jìn)行中震振型反應(yīng)譜法計(jì)算，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)隔震層以下結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)件的正截面承載力驗(yàn)算。

8)對(duì)隔震模型進(jìn)行大震彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析，判斷隔震層以下地面以上的結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的層間位移角限值是否滿足要求。

3 隔震支座布置及地震波的選取

3.1 隔震支座布置

隔震支座的布置遵循以下原則[2]：

1)乙類建筑中隔震支座平均壓應(yīng)力限值應(yīng)不大于12.0 MPa，同一隔震層內(nèi)各個(gè)橡膠隔震支座豎向壓應(yīng)力宜均勻。

2)隔震支座的極限水平變位應(yīng)大于其有效直徑的0.55倍和支座內(nèi)部橡膠總厚度3倍二者的較大值。

3)在罕遇地震作用下，隔震支座不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)少數(shù)隔震支座出現(xiàn)拉應(yīng)力時(shí)，其拉應(yīng)力不應(yīng)大于1 MPa。

本工程隔震層由無鉛芯橡膠隔震支座和鉛芯橡膠隔震支座組成。本工程共使用了32個(gè)隔震支座，各類型支座數(shù)量及力學(xué)性能參數(shù)詳見表1和表2，隔震支座平面布置見圖1。

表1 無鉛芯隔震支座參數(shù)

3.2 計(jì)算模型的建立

本工程使用PKPM和ETABS建立隔震與非隔震結(jié)構(gòu)模型，并進(jìn)行計(jì)算與分析。為了校核模型的準(zhǔn)確性，將EATBS和SATWE非隔震模型計(jì)算得到的質(zhì)量、周期和層間剪力進(jìn)行對(duì)比，見表3～表5。表中差值為(|ETABS-STWE|/SATWE)×100%，由對(duì)比結(jié)果可知兩模型質(zhì)量、周期和層剪力都非常接近。

表3 非隔震結(jié)構(gòu)質(zhì)量對(duì)比

SATWE/TonETABS/Ton差值/%900089730.3

表4 非隔震結(jié)構(gòu)周期對(duì)比

表5 非隔震結(jié)構(gòu)地震剪力對(duì)比

3.3 地震波選取

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》5.1.2條要求，選取了滿足要求的5組實(shí)際記錄和2組人工模擬時(shí)程曲線，基底剪力對(duì)比結(jié)果如表6所示。

表6 非隔震結(jié)構(gòu)基底剪力

4 隔震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析

4.1 隔震結(jié)構(gòu)與非隔震結(jié)構(gòu)的周期對(duì)比

隔震結(jié)構(gòu)與非隔震結(jié)構(gòu)的周期對(duì)比見表7，采用隔震技術(shù)后，結(jié)構(gòu)的周期明顯延長。

表7 隔震前后結(jié)構(gòu)的周期

4.2 水平向減震系數(shù)

限于篇幅本文僅列舉了其中三條波的分析結(jié)果，層間剪力及其比值見表8和表9，由計(jì)算結(jié)果可知，安裝隔震支座后，結(jié)構(gòu)層間剪力大大降低，分析得到隔震層以上結(jié)構(gòu)隔震前后，層間剪力比值平均值的最大值為0.240。

表8 X向非隔震與隔震結(jié)構(gòu)層間剪力及層間剪力比

表9 Y向非隔震與隔震結(jié)構(gòu)層間剪力及層間剪力比

4.3 罕遇地震作用下隔震支座應(yīng)力驗(yàn)算

隔震支座拉應(yīng)力驗(yàn)算采用的荷載組合為1.0×恒荷載±1.0×水平地震-0.5×豎向地震；隔震支座壓應(yīng)力驗(yàn)算采用的荷載組合為1.0×恒荷載+0.5×活荷載+1.0×水平地震+0.5×豎向地震。限于篇幅本文僅選取了其中5個(gè)隔震支座的計(jì)算結(jié)果，見表10，隔震支座拉壓應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

表10 罕遇地震下隔震支座拉應(yīng)力和壓應(yīng)力

4.4 罕遇地震作用下隔震支座最大水平位移驗(yàn)算

隔震支座水平位移計(jì)算采用的荷載組合為1.0×恒荷載+0.5×活荷載+1.0×水平地震。限于篇幅本文僅選取了其中5個(gè)隔震支座的計(jì)算結(jié)果，詳見表11，由計(jì)算結(jié)果可知，最大水平位移231 mm，小于0.55D=330 mm及3Tr=330 mm中的較小值，滿足要求。

表11 罕遇地震各支座最大位移 m

4.5 其他

隔震設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)計(jì)算的內(nèi)容包括：隔震結(jié)構(gòu)抗風(fēng)驗(yàn)算、罕遇地震下隔震層支墩、支柱及相連構(gòu)件的設(shè)計(jì)、隔震層以下直接支承隔震層以上結(jié)構(gòu)的相關(guān)構(gòu)件在中震下的抗震承載力驗(yàn)算及罕遇地震下的抗剪承載力驗(yàn)算、隔震層以下地面以上的結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的層間位移角限值驗(yàn)算等。限于篇幅，本文將不再贅述。

5 結(jié)語

本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)流程進(jìn)行了簡要的介紹；本工程采用隔震設(shè)計(jì)后，結(jié)構(gòu)的周期延長了3倍左右，減震系數(shù)最大值為0.24，上部結(jié)構(gòu)地震作用大為減小；隔震后結(jié)構(gòu)的水平位移集中在隔震層，上部結(jié)構(gòu)的相對(duì)變形很小，而非隔震結(jié)構(gòu)的相對(duì)變形很大，會(huì)造成上部結(jié)構(gòu)的破壞；非隔震結(jié)構(gòu)相比隔震結(jié)構(gòu)來說，加速度放大數(shù)倍，房屋劇烈晃動(dòng)，梁柱損壞，內(nèi)部裝飾、設(shè)備破壞，而隔震結(jié)構(gòu)的加速度大為減小，房屋緩慢平動(dòng)。

[1] 蘇經(jīng)宇,曾德民,田 杰.隔震建筑概論[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2012.

[2] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Application of structural seismic isolating design in the school building

Li Zhaohui

(TaiyuanLongchengDevelopmentInvestmentCo.,Ltd,Taiyuan030002,China)

Taking Taiyuan engineering in Shanxi province as an example, the paper describes the building seismic isolation designing procedures, compares seismic isolating and seismic non-isolating analysis results. According the analysis results, it finds out that: through applying seismic isolating technology, it reduces the horizontal seismic action of upper structure as much as possible, effectively reduces the relative deformation of upper structure under seismic action. Therefore, it guarantees the major structure and non-major structure safety and great internal equipment, so as to realize normal operation after earthquake.

seismic-isolating design, seismic reducing coefficient, seismic wave, horizontal displacement

1009-6825(2017)15-0029-03

2017-03-15

李朝輝(1983- )，男，工程師

TU352.1

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