車輛段一體化建筑高位隔震設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制

李 小 兵

(山東省東營市東營區(qū)城市建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，山東 東營 257000)

1 工程概況

近年來，軌道交通建設(shè)在各地蓬勃發(fā)展，大量地鐵上蓋項(xiàng)目出現(xiàn)。為滿足地鐵交通、地鐵人流、商業(yè)及住宅功能要求，節(jié)約土地，這些建筑多采用大底盤多塔結(jié)構(gòu)，但抗震設(shè)計(jì)有很多問題需要解決。傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)方法通過加大梁、柱截面等措施來增加結(jié)構(gòu)整體剛度、降低地震對(duì)結(jié)構(gòu)造成的破壞，然而這些措施往往與建筑的使用要求相矛盾，并存在材料上的大量浪費(fèi)[1]。為滿足停車庫的運(yùn)營要求，防止住宅的剪力墻陷落且有良好的隔震效果，采用高位隔震技術(shù)，確保工程質(zhì)量。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

車輛段停車場聯(lián)合庫及住宅一般由下部框架及上部剪力墻結(jié)構(gòu)組成，如圖1所示，聯(lián)合庫采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，為地上1層(局部2層)，地下1層的工業(yè)廠房，總建筑面積61 213 m2，其中地上面積49 551 m2，地下面積11 662 m2，主要柱網(wǎng)尺寸為10.6 m×7.2 m,14.3 m×7.2 m,17.8 m×7.2 m,22.4 m×7.2 m,12 m×7.2 m,14.8 m×7.2 m。首層為聯(lián)合庫，層高10.5 m，局部有地下室，高度12.5 m；2層為汽車庫，層高5.2 m，其上覆土1.5 m。2層頂設(shè)有6幢10層住宅及3幢7層住宅，其中10層住宅為剪力墻結(jié)構(gòu)開間7.2 m，進(jìn)深14.3 m，與首2層柱網(wǎng)對(duì)應(yīng)；7層住宅為剪力墻結(jié)構(gòu)開間7.2 m，進(jìn)深12.0 m，與首2層柱網(wǎng)對(duì)應(yīng)。因使用功能要求，剪力墻進(jìn)深方向無落地條件，同時(shí)首層為車道、2層為汽車庫及設(shè)備用房，剪力墻嵌固在裙房頂中，豎向嚴(yán)重不規(guī)則且上下剛度相差太大，普通抗震結(jié)構(gòu)體系無法滿足要求，可采用隔震體系降低上部剪力墻結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，改善下部框架結(jié)構(gòu)受力，提高體系抗震性能。

體系結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防類別為丙類，工程抗震設(shè)防烈度為8度(0.2g)，基本風(fēng)壓為0.45 kN/m2，地面粗糙度為B類，場地為Ⅱ類，場地特征周期為0.35 s，地震影響系數(shù)αmax=0.16。車輛段隔震層最大的技術(shù)難點(diǎn)是大底盤2層頂15.7 m標(biāo)高以上的住宅剪力墻受車道影響無法全部落地，如圖2所示，可采用高位隔震方法解決此問題。

3 隔震體系設(shè)計(jì)

3.1 計(jì)算分析方法

為保證計(jì)算分析的合理性，采用SATWE V2.1和Midas gen 7.0進(jìn)行計(jì)算分析，小震計(jì)算采用安評(píng)報(bào)告提供的地震動(dòng)參數(shù)，中震、大震計(jì)算采用規(guī)范提供的地震動(dòng)參數(shù)，因采用隔震技術(shù)，還進(jìn)行了彈性時(shí)程分析[2]。計(jì)算分析結(jié)構(gòu)周期見表1，兩種結(jié)果相近表明振動(dòng)特性一致，第1扭轉(zhuǎn)周期與第1平動(dòng)周期之比滿足要求。

表1 結(jié)構(gòu)基本自振周期比較

3.2 振型分解反應(yīng)譜法

小震作用下根據(jù)時(shí)程分析和振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算分析結(jié)果見表2。

表2 非隔震時(shí)程與反應(yīng)譜對(duì)比

隔震前后周期對(duì)比，抗震結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)模型X，Y方向的周期為0.71 s和0.63 s。中震時(shí)，隔震結(jié)構(gòu)在X，Y方向的周期為2.33 s和2.32 s(100%剪切變形時(shí)的等效剛度)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]要求，高層建筑結(jié)構(gòu)的水平減震系數(shù)應(yīng)計(jì)算隔震與非隔震各層傾覆力矩的最大比值及層間剪力的最大比值，取二者的較大值。通過試算，結(jié)構(gòu)高寬比較小，均為層剪力比控制。表3和表4為小震下隔震結(jié)構(gòu)與非隔震結(jié)構(gòu)各層剪力比值，結(jié)果顯示，最大減震系數(shù)為0.25，考慮0.8的調(diào)整系數(shù)，設(shè)計(jì)用減震系數(shù)為0.31，小于目標(biāo)減震系數(shù)0.5，可以滿足減1度的隔震目標(biāo)。

表3 X方向剪力比 kN

表4 Y方向剪力比 kN

按照隔震目標(biāo)，隔震層上部結(jié)構(gòu)按降一度計(jì)算水平地震作用，即為7度。按照規(guī)范要求，各樓層水平地震作用需滿足本地區(qū)設(shè)防烈度的最小地震剪力系數(shù)規(guī)定。表5與表6為地震剪力系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，表明隔震后上部結(jié)構(gòu)采用的設(shè)計(jì)地震作用滿足規(guī)范對(duì)最小地震剪力系數(shù)的要求。

表5 X方向剪重比 kN

表6 Y方向剪重比 kN

3.3 罕遇地震作用分析

表7 隔震層位移 mm

表8 各類橡膠墊的位移限值 mm

大震分析時(shí)，采用了一條人工波和兩條天然波(大震1號(hào)天然波和大震2號(hào)天然波)，地震波均為安評(píng)報(bào)告所提供。隔震層罕遇地震下的位移計(jì)算采用時(shí)程分析法，結(jié)果見表7，地震輸入采用單向輸入，橡膠墊的位移限值見表8，可見大震下橡膠墊的位移均滿足限值要求。

罕遇地震非線性時(shí)程分析，樓層位移和層間位移如圖3及圖4所示，隔震層以上X最大層間位移為2.1 mm，最大層間位移角1/1 334，Y向最大層間位移為2.3 mm，最大層間位移角1/1 217，結(jié)構(gòu)處于彈性階段。

3.4 風(fēng)荷載和溫度驗(yàn)算

按照規(guī)范要求，在風(fēng)荷載下隔震結(jié)構(gòu)的支座不應(yīng)屈服。根據(jù)所選橡膠支座特性，計(jì)算出屈服位移見表9，隔震層最大位移應(yīng)在6.8 mm以內(nèi)。沿X方向施壓風(fēng)荷載，隔震層的最大位移為2.1 mm，沿Y方向施壓風(fēng)荷載，隔震層的最大位移為6.4 mm，隔震層位移均小于6.8 mm，滿足要求。隔震層上部考慮15 ℃升溫，隔震層以下溫度不變，隔震層的最大位移為3.4 mm，隔震層最大位移小于6.8 mm，溫度作用驗(yàn)算滿足要求。

表9 隔震支座屈服位移

4 結(jié)語

車輛段一體化建筑的高位隔震設(shè)計(jì)采用不同力學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算和分析，同時(shí)結(jié)合振型分解反應(yīng)譜和時(shí)程分析，并對(duì)罕遇地震作用和風(fēng)荷載與溫度驗(yàn)算，能夠滿足建筑質(zhì)量和性能的要求，提供了一種可行性的解決方案。在施工過程中應(yīng)該做好質(zhì)量控制，完善建筑工程管理制度、提高施工人員職業(yè)素質(zhì)、做好施工現(xiàn)場質(zhì)量檢查、嚴(yán)格把握施工材料[4]。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和科學(xué)的質(zhì)量控制達(dá)到最佳的建筑效果。

[1] 王 賓.談工程結(jié)構(gòu)減震控制分析與應(yīng)用[J].山西建筑，2015,41(6):42-44.

[2] 周福霖.工程結(jié)構(gòu)減震控制[M].北京:地震出版社，1997:140-149.

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

[4] 陳向道.建筑工程管理質(zhì)量的提高措施分析[J].城市建筑，2014(6)：151-168.