高烈度地區(qū)某圖書館建筑減震設(shè)計(jì)

　　摘要以�？谀硤D書館為例闡述減震技術(shù)在高烈度區(qū)圖書館項(xiàng)目上的應(yīng)用，采用Perform3D軟件對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行小震彈性時(shí)程和罕遇地震彈塑性分析，并進(jìn)行了有控結(jié)構(gòu)和無控結(jié)構(gòu)的對(duì)比。小震下，黏滯阻尼器為結(jié)構(gòu)提供不小于5%的附加阻尼比，位移角和樓層剪力得到明顯改善;罕遇地震下，相比于無控結(jié)構(gòu)，有控結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)損傷明顯減輕，結(jié)構(gòu)的耗能能力顯著提高。

　　關(guān)鍵詞高烈度，減震技術(shù)，圖書館，有控結(jié)構(gòu)

　　0引言

　　圖書館是文獻(xiàn)資料的展示平臺(tái)和聚集地，在歷史的長河中扮演著引領(lǐng)文明前進(jìn)的重要角色，尤其是著名高校的圖書館，其社會(huì)貢獻(xiàn)早已超越了其本身價(jià)值。隨著社會(huì)的發(fā)展，圖書館的意義越來越重大，圖書館的安全問題也越來越受到重視。影響圖書館安全的原因有多種，如火災(zāi)、地震、戰(zhàn)爭等，其中地震所帶來災(zāi)難是非常巨大的。1994年費(fèi)爾南多谷地震⑴、日本3.11地震[2]，1999年的臺(tái)灣地震⑶、唐山地震⑷、汶川地震⑸等地震給相應(yīng)地區(qū)的圖書館帶來慘重的損失。

　　我國是地震頻發(fā)地帶，尤其是高烈度地區(qū)，如四川、云南、海南、山東等。與其他建筑不同的是，圖書館的荷載大，設(shè)計(jì)時(shí)其可變荷載組合值系數(shù)、樓面活荷載均明顯大于一般建筑。質(zhì)量越大，地震作用越大，這也是導(dǎo)致地震作用下圖書館損傷嚴(yán)重的一個(gè)原因。經(jīng)大量試驗(yàn)和項(xiàng)目案例表明，減隔震技術(shù)可以有效地降低地震作用保護(hù)主體結(jié)構(gòu)，減輕結(jié)構(gòu)損傷3〕。以海南某圖書館為例闡述減震技術(shù)在圖書館項(xiàng)目上的應(yīng)用，分別介紹了小震和罕遇地震下阻尼器的作用，并進(jìn)行了有控結(jié)構(gòu)和無控結(jié)構(gòu)的對(duì)比，為后續(xù)類似工程項(xiàng)目提供借鑒。

　　1工程概況

　　本工程位于�？谑泻Ｄ蠋煼洞髮W(xué)新校區(qū)，為該校區(qū)的標(biāo)志性建筑物，抗震設(shè)防烈度為8(0.3g)，地震分組:第一組。場地類別：II類。地上五層，地下一層，結(jié)構(gòu)高度23.2m.采用現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，長約135叫寬約83m結(jié)構(gòu)高寬比較小，結(jié)構(gòu)自身剛度較大且對(duì)稱均勻，但為保護(hù)圖書館設(shè)備與藏書，且框架結(jié)構(gòu)無多道抗震防線，耗散地震能量的渠道少，因此，采用了以提供結(jié)構(gòu)附加阻尼、不增加結(jié)構(gòu)剛度的速度型阻尼器-黏滯阻尼器的消能減震方案，增加結(jié)構(gòu)的耗能能力，降低地震時(shí)結(jié)構(gòu)的損傷水平。

　　1.1減震方案

　　該項(xiàng)目采用中黏滯阻尼器，從1~5層共布置阻尼器95個(gè)，典型樓層阻尼器的布置位置，是黏滯阻尼器相關(guān)的技術(shù)參數(shù)。

　　2黏滯阻尼的模擬

　　Perform3D中黏滯阻尼器由FluidDamper和ElasticBar串聯(lián)而成(圖3)。其中FluidDamper用于模擬其黏滯特性，ElasticBar模擬其剛度。文獻(xiàn)[12]和[13]中分別建議黏滯阻尼器的剛度取100-200倍和102~10°倍阻尼系數(shù)，本文取100倍阻尼系數(shù)。

　　3小震作用下彈性分析

　　3.1阻尼器出力情況

　　可知滯回曲線飽滿，耗能能力強(qiáng)。小震作用下，阻尼器的出力主要集中于400-500kN。

　　3.2附加阻尼比計(jì)算

　　3.2.1規(guī)范法

　　采用規(guī)范法®山進(jìn)行附加阻尼比計(jì)算。

　　3.2.2能量比值法

　　結(jié)構(gòu)的能量包含動(dòng)能、勢能、固有阻尼耗能、阻尼器耗能。固有阻尼耗能來源于設(shè)定的阻尼比(5%)，阻尼器耗能源于阻尼器的滯回耗能，根據(jù)阻尼器耗能與固有阻尼耗能之間的關(guān)系計(jì)算阻尼器的附加阻尼比。式中:&為附加阻尼比;Ec為固有阻尼耗能;d，為阻尼器耗能送為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)阻尼比。該項(xiàng)目中由黏滯阻尼器所提供的附加阻尼比，取兩種計(jì)算方法的包絡(luò)值，取5%。

　　4罕遇地震下彈塑性分析

　　采用Perform3D軟件對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行罕遇地震下動(dòng)力彈塑性分析。

　　4.1附加阻尼比計(jì)算

　　不同的地震波下，附加阻尼比不一致，三條波的X和y方向阻尼比最小值分別為3.54%和3.84%，相比于小震下阻尼比計(jì)算結(jié)果，罕遇地震下的附加阻尼比呈現(xiàn)減小的趨勢。

　　4.2結(jié)構(gòu)位移角和頂點(diǎn)位移

　　x和y方向最大的樓層位移角分別為1/115和1/91，遠(yuǎn)小于1/50的規(guī)范限值，最大樓層位移角主要集中在4~6層，這是因?yàn)?層以上結(jié)構(gòu)變成多個(gè)單體，其剛度偏弱。X和y方向最大的樓層位移分別為162mm和189mm，由該曲線趨勢可判斷，罕遇地震下結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定的損傷，但損傷較輕。

　　4.3結(jié)構(gòu)損傷

　　少數(shù)柱子出現(xiàn)屈服，框架柱的塑性錢主要出現(xiàn)在首層柱底和頂層的柱頂，其他各層柱的柱頂和柱底有少量塑性較，損傷機(jī)制合理;部分梁進(jìn)入屈服，梁較數(shù)量多于柱較，符合強(qiáng)柱弱梁的抗震設(shè)計(jì)要求。

　　4.4阻尼器出力情況

　　滯回曲線飽滿，耗能能力強(qiáng)。大震作用下，阻尼器的出力主要集中于600-700kN。

　　5結(jié)論

　　針對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了減震設(shè)計(jì)，可得到以下結(jié)論：(1)小震下，黏滯阻尼器為結(jié)構(gòu)提供5%的附加阻尼比，位移角和樓層剪力得到明顯改善。(2)罕遇地震下，黏滯阻尼器為結(jié)構(gòu)提供的阻尼比略有降低，結(jié)構(gòu)x和y方向的最大位移角分別為1/115和1/91，遠(yuǎn)小于1/50的規(guī)范限值，少數(shù)柱子出現(xiàn)屈服，框架柱的塑性較主要出現(xiàn)在首層柱底和頂層的柱頂，其他各層柱的柱頂和柱底有少量塑性較，損傷機(jī)制合理;部分梁進(jìn)入屈服，梁較數(shù)量多于柱較，符合強(qiáng)柱弱梁的抗震設(shè)計(jì)要求。(3)相比于無控結(jié)構(gòu)，有控結(jié)構(gòu)的位移角、樓層剪力以及結(jié)構(gòu)損傷均得到明顯改善，由于阻尼器的耗能，大大減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身的耗能，達(dá)到了較好的減震效果。

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