基礎(chǔ)隔震建筑初始造價分析

劉萍 熊浩 楊燕 周莉

摘要：隔震技術(shù)是一項(xiàng)非常有效的結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)，但是因?yàn)樵鲈O(shè)隔震支座導(dǎo)致的額外造價，導(dǎo)致了其應(yīng)用的局限性，這其中并沒有考慮到增設(shè)隔震支座導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)尺寸減少、鋼筋用量減少產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。本文通過兩個對比模型分別計(jì)算了使用傳統(tǒng)抗震手段和基礎(chǔ)隔震手段的結(jié)構(gòu)性能與材料用量，從而分析基礎(chǔ)隔震對建筑初始造價的影響。

Abstract： Seismic isolation technology is a very effective structural seismic technology， but the additional cost caused by the addition of isolation bearings has led to the limitations of its application， which does not take into account the reduction in structural size caused by the addition of isolation bearings and the economic benefits from reduced use of steel bars. In this paper， the structural performance and material usage of traditional seismic means and base isolation means are calculated by two comparison models， and the influence of foundation isolation on the initial cost of the building is analyzed.

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)隔震;盈建科;有限元計(jì)算方法;造價

Key words： base isolation;Yingjianke;finite element calculation method;cost

中圖分類號：TU352.1+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）26-0162-02

1? 工程概況

星辰園48班中學(xué)是位于昆明市官渡區(qū)新亞洲體育城片區(qū)的新建項(xiàng)目。項(xiàng)目總占地面積4894.5m2，建筑面積20378.9m2。地上建筑六層，地下設(shè)有隔震層，總共7層。建筑長向120.25m，短向54.1m，層高3.9m，結(jié)構(gòu)總高度19.5m。

本建筑采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑場地類別為Ⅲ類，抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.20g，設(shè)計(jì)地震分組第三組，抗震設(shè)防分類為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類），結(jié)構(gòu)抗震等級二級。由于建筑平面形狀不規(guī)則，通過設(shè)置抗震縫將建筑劃分為6個單體。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）[4]，采用隔震技術(shù)設(shè)計(jì)后，上部結(jié)構(gòu)水平地震影響系數(shù)最大值按0.08進(jìn)行設(shè)計(jì)。豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值按隔震層以上結(jié)構(gòu)總重力荷載代表值的30%采用。

考慮到結(jié)構(gòu)單體的重復(fù)性，本次對比只選擇星辰園48班中學(xué)的一個結(jié)構(gòu)單體進(jìn)行計(jì)算和對比。此單體長向41.1m，短向10.1m。

2? 隔震層選擇與布置

使用隔震技術(shù)的模型采用的是基礎(chǔ)隔震技術(shù)，隔震支座設(shè)置在基礎(chǔ)頂部、上部結(jié)構(gòu)的底部。根據(jù)框架柱的豎向承載力和抗震承載力和變形的要求，本工程中的隔震支座采用鉛芯橡膠支座與天然橡膠支座，本工程共采用5類183個隔震支座，支座參數(shù)如表1所示。隔震支座上支墩混凝土強(qiáng)度等級C40，隔震溝底墊層混凝土強(qiáng)度等級C15。

3? 結(jié)構(gòu)分析

為了探討基礎(chǔ)隔震混凝土結(jié)構(gòu)在水平地震作用下的隔震效果，以星辰園48班中學(xué)的A-2區(qū)單體為例進(jìn)行分析，采用軟件YJK進(jìn)行數(shù)值模擬分析，分別建立基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型。模型中假定上部結(jié)構(gòu)彈性變形，計(jì)算中只考慮隔震支座的彈塑性，沒有考慮土與基礎(chǔ)之間的相互作用，梁柱的材料性能完全相同，網(wǎng)格采用統(tǒng)一尺寸，結(jié)構(gòu)的荷載工況相同。

3.1 傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)

按照現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范，采用傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法對星辰園48班中學(xué)的一個單體進(jìn)行設(shè)計(jì)。為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置只考慮滿足各項(xiàng)結(jié)果計(jì)算的各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件增大后對建筑功能的影響。典型構(gòu)件的截面尺寸、位置、抗震等級以及混凝土標(biāo)號見表2所示。地震作用下的樓層最大位移見表3。從表3中可以看出，最大位移角出現(xiàn)在三層和四層中間，其值約為1/573，出現(xiàn)在X方向地震作用下。

3.2 基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)

根據(jù)隔震設(shè)計(jì)的基本要求可知，隔震層支墩、支柱及相連構(gòu)件，應(yīng)采用隔震結(jié)構(gòu)罕遇地震下隔震支座底部的豎向力、水平力和力矩進(jìn)行承載力驗(yàn)算;隔震層以下結(jié)構(gòu)按罕遇地震進(jìn)行抗剪承載力驗(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制應(yīng)滿足規(guī)范要求。

按照現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范，采用基礎(chǔ)隔震方法對星辰園48班中學(xué)的一個單體進(jìn)行設(shè)計(jì)。典型構(gòu)件的截面尺寸、位置、抗震等級以及混凝土標(biāo)號見表4所示。地震作用下的樓層最大位移見表5。從表5中可以看出，最大位移角出現(xiàn)在三層，其值約為1/1386，出現(xiàn)在Y方向地震作用下。對比表3和表5可以看出，采用基礎(chǔ)隔震的結(jié)構(gòu)最大位移出現(xiàn)位置下移，位移量減小，隔震設(shè)計(jì)更符合地震區(qū)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

4? 初始造價分析

4.1 構(gòu)件尺寸對比

與采取基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)相比，采用傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)時，為保證結(jié)構(gòu)的位移在規(guī)范的允許值范圍內(nèi)，框架柱柱的尺寸需要設(shè)置的很大，特別是外框架和角柱。另外，為了保證框架的整體性，避免發(fā)生扭轉(zhuǎn)和層間位移比偏大，框架梁也需要增大。

圖 1為兩種設(shè)計(jì)方式的結(jié)構(gòu)模型對比圖，從圖中可以看出，傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)模型的豎向構(gòu)件在明顯大于設(shè)置了基礎(chǔ)隔震的構(gòu)件尺寸，可以看出設(shè)置基礎(chǔ)隔震可以有效減小豎向構(gòu)架的尺寸，節(jié)約建筑空間，降低建筑成本等優(yōu)點(diǎn)。

4.2 材料用量對比

本文3.1和3.2的設(shè)計(jì)結(jié)果得出了全樓（除基礎(chǔ)外）的鋼筋、混凝土用量，其分別考慮采用傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方案和基礎(chǔ)隔震方法。圖2給出了考慮了不同抗震方法的兩種模型的鋼筋和混凝土用量對比圖。其中，由于板的配筋與隔震層的位置關(guān)系不大，因此未考慮在內(nèi)。

從圖 2中可以看出，采用基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)時，對結(jié)構(gòu)所需的鋼筋用量有著極大的減少，其中，梁的鋼筋用量約為傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)時的約50%，柱的鋼筋用量相比傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)時的用量減少了約60%;而因?yàn)樗杞Y(jié)構(gòu)尺寸的減小，全樓結(jié)構(gòu)的混凝土用量也減少了約25%。

5? 結(jié)論

本文使用實(shí)際案例，通過兩個采用不同抗震方法的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分別考慮了傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)帶來的初始造價的差異，得出了基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)對初始造價的減少幅度，為今后的抗震設(shè)計(jì)提供參考。對比結(jié)果表明，采用基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)對全樓的鋼筋使用量能減少至少50%的用量，混凝土用量也可減少約25%，這極大的減小了結(jié)構(gòu)的造價，提升了整個建筑的經(jīng)濟(jì)性。同時，采用基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)能減小結(jié)構(gòu)尺寸，為建筑使用提供更大的空間。建筑材料用量的減小也能削弱建筑建設(shè)中對環(huán)境的影響。

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