沂河湾实验学校餐厅隔震设计.pdf

城市建筑 结构 抗震 URBANISM AND ARCHITECTURE STRUCTURE ASEISMATIC 069 沂河湾实验学校餐厅隔震设计沂河湾实验学校餐厅隔震设计 王晓飞 闫 国 张婷彦 摘 要 沂河湾实验学校餐厅为框架结构 属于平面 局 部竖向均不规则的结构 结合概念设计和隔震设计理念 工程采用橡胶及铅芯橡胶隔震支座 可以有效吸收地震能 量 减少结构水平地震作用 增强地震安全性 提高建筑 物抗震能力 关键词 隔震设计 地震动参数 隔振分析 一 工程概况 山东沂河湾实验学校餐厅项目 地上 4 层 东 西向长 80 m 南北向宽 20 m 主要屋面最大高 16 m 主要功能为餐厅及室内运动场所 工程结构类型为框架体系 设计使用年限 50 年 抗震设防烈度 8 度 设计基本地震加速度峰值 为 0 20 g 设计地震分组第一组 类场地 场地特 征周期 0 35 s 抗震设防类别为重点设防类 结构 安全等级二级 结构重要性系数 1 0 采用隔震设 计后 水平地震影响系数为 0 08 框架抗震等级为 二级 柱轴压比按一级控制 二 隔震设计 1 确定隔震层位置 层高及隔震目标 本工程无地下室 隔震层设置在基础顶及 0 000 标高之间 0 000 设置现浇混凝土梁板结 构 现浇板厚度为 160 mm 双层双向配筋 配筋率 不小于 0 25 为上部结构提供足够的刚度及承载 力 2 隔震目标 隔震设计首先初定隔震目标 通常 6 层以下框 架结构 隔震目标可定为降低一度半 但本工程为 乙类设防建筑 所以初定隔震后水平地震作用降低 一度考虑 应注意 抗震设防烈度并没有降低 仅 仅降低水平地震作用 竖向地震作用不降低 且有 可能提高 3 上部结构设计 隔震橡胶支座的抗扭刚度 抗弯刚度相对混凝 土柱非常小 为了模型计算中结构受力状态相对真 实 结构模型底层柱底应改为铰接约束 对于框架 结构 应考虑底层柱弯矩放大系数 本工程 0 000 布置梁板 为复核隔震层上一层柱配筋 宜采用定 义隔震层为一层地下室 土体无约束 计算模型中的地震相关参数 本工程如采用传 统抗震设计 地震影响系数最大值应为 0 16 隔震 设计后 地震作用降低一度 因此系数应改为 0 08 根据 建筑抗震设计规范 GB20 011 2010 以下简 称 抗规 第 12 2 1 条 竖向地震作用标准值 8 度 0 20 g 不应小于隔震层以上结构总重力荷载 代表值的 20 根据 抗规 第 5 3 1 条 结构竖 向地震作用标准值 FEVK aVMAXGEQ 0 75aVMAXG 代 所以 0 75aVMAX 0 16 1 5 0 65 0 75 0 117 0 2 不满足规范要求 需用 0 2G 代代替荷载组 合中的竖向地震作用标准值 三 隔震分析 1 ETABS 模型建立以及准确性验证 本工程使用大型有限元软件 ETABS 建立隔震与 非隔震结构模型 并进行计算与分析 ETABS 软件 具有方便灵活的建模功能和强大的线性和非线性动 力分析功能 其中连接单元能够准确模拟橡胶隔震 支座 本结构模型依据 PKPM 建模得到 将 EATBS 和 SATWE 非隔震模型计算得到的质量 周期和层间剪 力 振型分解反应谱法 进行对比 结果发现两软 件模型的质量非常接近 两软件模型的前三阶模态 的自振周期也非常接近 2 地震动输入 本工程选取了实际 5 条强震记录和 2 条人工模 拟加速度时程 抗规 规定 输入的地震加速度 时程曲线的有效持续时间 一般从首次达到该时程 曲线最大峰值的 10 那一刻算起 到最后一点达到 最大峰值的 10 为止 无论是实际的强震记录还是 人工模拟波形 有效持续时间一般为结构基本周期 的 5 10 倍 可满足规范规定 3 隔震支座布置 本工程采用的橡胶隔震支座 在选择其直径 个数和平面布置时 主要考虑了以下因素 1 根据 抗规 12 2 3 条 同一隔震层内 各个橡胶隔震支座的竖向压应力宜均匀 竖向平均 应力不应超过乙类建筑的限值 12 MPa 2 在罕遇地震作用下 隔震支座不宜出现拉 应力 当少数隔震支座出现拉应力时 其拉应力不 应大于 1 0 MPa 3 在罕遇地震作用下 隔震支座的水平位移 限值应小于其有效直径的 0 55 倍和各橡胶层总厚 度 3 倍二者的较小值 本工程共使用了 52 个支座 隔震结构屈重比为 0 019 4 设防地震 中震 分析 设防地震 中震 作用下 隔震结构与非隔震 结构的周期对比在 叠层橡胶支座隔震技术规程 规定 隔震房屋两个方向的基本周期相差不宜超过 较小值的 30 由表 1 可知 采用隔震技术后 结构的周期明 显延长 且满足相关规定要求 表 1 隔震前后结构的周期 振型 ETABS 前 s ETABS 后 s 两方向差值 1 0 808 2 325 2 0 762 2 311 3 0 743 2 073 0 6 分析得到隔震层以上结构隔震前后 结构层间 剪力比值的平均值的最大值为 0 247 根据 抗规 第 12 2 5 条 确定隔震后水平地震影响系数最大值 max1 max 0 247 0 160 0 850 0 046 综合考虑后 上部结构设计隔震后水平地震影响系 数最大值为 0 08 5 隔震支座的反力 支墩设计 抗规 12 2 9 条规定 与隔震层连接的下部 构件 如地下室 支座下的墩柱等 的地震作用和 抗震验算 应采用罕遇地震下隔震支座的竖向力 水平力和力矩进行计算 隔震支座下支墩底部产生 的弯矩 Mx P Ux Vx H hb My P Uy Vy H hb 结合前面直接求得的轴力 N 剪力 Vx 剪 力 Vy 可以进行下支墩的设计 上支墩的设计内力 求得 与下支墩类似 四 隔震结构的应用 一般来说 隔震结构可以适合各种用途的建筑 并都能获得较好的隔震效果 出于结构的安全性 房屋内部物品的振动翻到 防止构件二次损坏等因 素 更适合用隔震措施的建筑物有 住宅 居民住 宅 养老院 疗养院 公共建筑 剧院 医院 旅 馆 防灾中心建筑 学校 消防局 核电设施 核 电站 仓库 尖端产业设施 研究所 超精密加工 厂 纪念性建筑物 纪念建筑 寺庙 等 五 结语 隔震建筑在振动性能和抗震安全性方面提高了 建筑物的附加价值 因此与以往建筑物比较时 应 考虑附加价值进行综合评价 在考虑隔震建筑的造 价时 不仅要考虑初始造价 如果从包括建筑物在 使用阶段的维修 重建 内部物品的损坏和经济损 失来考虑 隔震建筑具有很好的经济性 参考文献 1 GB50 011 2010 建筑抗震设计规范 S 北京 中国建筑工业出版社 2010 2 中国建筑科学研究院 PKPM CAD 工