天津市胸科醫院項目減震設計研究

楊歡

北京中元工程設計顧問有限公司江蘇分公司 江蘇 南京 210000

1 項目概況

天津市胸科醫院項目位于天津市和平區，裙房平面尺寸約為 105m×61m，塔樓平面尺寸約為69m×61m，地上總建筑面積約為40415.4平方米。

地上建筑由主塔樓和裙樓組成，主塔樓和裙樓之間未設置抗震縫。建筑總層數十層，結構主屋面標高43.2m。根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010[1]），天津市和平區抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度為0.20g，設計地震分組為第二組。本工程屬于重點設防類的醫院，抗震等級為二級。按津建設【2016】256號文，除按抗震規范進行抗震設防外，尚應按地震動峰值加速度0.30g復核主體結構的承載能力。

2 結構設計

2.1 結構超限情況判斷

本工程存在扭轉不規則、凹凸不規則、剛度突變及尺寸突變、夾層，共計四項不規則項，屬體型特別不規則的超限高層建筑工程，應進行抗震設防專項審查。

2.2 結構選型

經分析比較，采用鋼框架結構體系，設置BRB屈曲約束支撐作為消能減震部件，能為主體結構提供足夠的剛度，有效降低了支撐軸力，加長結構周期，更有效減小整體結構的地震力。同時經過經濟性比較，采用BRB支撐相比偏心支撐鋼框架，并未造成主體結構造價的增加。因此，本工程最終采用了鋼框架+BRB支撐的結構方案。

2.3 耗能減震分析

（1） BRB選型

本工程采用耗能型屈曲約束支撐，芯材材料為Q235，選取BRB具體型號的基本原則是保證BRB在小震時維持彈性，中震以及大震時能夠屈服耗能。

（2） BRB性能驗證

1）多遇地震分析。采用反應譜方法進行驗證，在0.2g多遇地震參與荷載組合下的BRB最大軸力均小于BRB的設計承載力Nb/YRE，說明0.2g多遇地震作用下BRB及主體結構均處于彈性狀態，此時，BRB僅為主體結構提供抗側剛度，未進入屈服耗能階段。

為節省工程造價，預設BRB在0.3g多遇地震作用下可以少量屈服，為結構提供不小于0.5% 的附加等效阻尼，利用SAUSAGE軟件提供的時程精確能量算法，對BRB提供的附加阻尼比進行了驗算。結構中模態阻尼取為4%，根據能量時程中BRB耗散能量與模態阻尼耗散能量的比例，可以計算出BRB為結構附加的等效阻尼比，根據計算結果可知BRB的耗能能為結構提供 0.5%的附加等效阻尼比。

2）設防烈度地震分析（0.30g）。為了驗證BRB的在設防烈度地震作用下的耗能減震效果，利用 SAUSAGE軟件提供的時程精確能量算法，對設防烈度地震作用下BRB提供的附加阻尼比進行了求解。結構中模態阻尼取為4%，根據能量時程中BRB耗散能量與模態阻尼耗散能量的比例，可以計算出BRB為結構附加的等效阻尼比，計算結果如表1所示。可見在設防地震作用下，BRB屈曲耗能，達到甚至超過了模態阻尼的耗能，提高了結構的安全性。

表1 結構附加等效阻尼比計算

3）彈塑性時程分析結果（0.2g設防大震）。從3組地震波作用下結構頂點位移時程曲線可以看出，大震彈塑性分析頂點位移基本都小于大震彈性分析結果，經過前1～2個較大位移峰值后，彈塑性分析頂點時程曲線峰值明顯向后推移，且峰值較彈性分析結果有較大幅度的減小。由此表明：隨著時間的推移，BRB逐步屈曲耗能，表現出良好的減震效果，結構的剛度減小，周期加長。X向最大層間位移角為1/58，Y向最大層間位移角為1/60，均未超出規范限值1/50。

3 結束語

（1）鋼框架+BRB屈曲約束支撐的結構方案，有良好的抗震性能，設計靈活，不影響建筑的使用功能和采光，適用于功能復雜的醫療類建筑。

（2）在多遇地震作用下，BRB及主體結構均處于彈性狀態，BRB僅為主體結構提供抗側剛度。

（3）在罕遇地震作用下，BRB具有良好的抗震耗能機制，為主體結構提供了安全保證。