本文摘要：摘要：隔震技術(shù)是在建筑物的基礎(chǔ)頂面或建筑物某個(gè)位置設(shè)置隔震裝置隔離或減小地震能量,以減少地震能量往上部結(jié)構(gòu)傳輸,減小建筑物振動(dòng)反應(yīng),來(lái)防止建筑物在地震中損壞。目前隨著隔震技術(shù)的發(fā)展，各國(guó)已經(jīng)越來(lái)越多的在建筑物中使用隔震技術(shù)。本文基于現(xiàn)狀，以某
摘要：隔震技術(shù)是在建筑物的基礎(chǔ)頂面或建筑物某個(gè)位置設(shè)置隔震裝置隔離或減小地震能量,以減少地震能量往上部結(jié)構(gòu)傳輸,減小建筑物振動(dòng)反應(yīng),來(lái)防止建筑物在地震中損壞。目前隨著隔震技術(shù)的發(fā)展，各國(guó)已經(jīng)越來(lái)越多的在建筑物中使用隔震技術(shù)。本文基于現(xiàn)狀，以某個(gè)工程進(jìn)行分析，來(lái)探討隔震技術(shù)的效果。
關(guān)鍵詞：隔震結(jié)構(gòu);動(dòng)力特性;時(shí)程分析;減震系數(shù);豎向承載力
0引言
基礎(chǔ)隔震是在建筑物的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置一個(gè)隔震層[1]，以控制地震能量向上部結(jié)構(gòu)傳遞，使得發(fā)生地震時(shí)上部結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)面上發(fā)生柔性滑動(dòng)，從而延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期，使其避開(kāi)場(chǎng)地土的卓越周期，進(jìn)而有效降低結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。由于多層或高層建筑結(jié)構(gòu)的自振周期相對(duì)較小，采用隔震裝置延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期是十分有效的。
隔震裝置具備足夠的初始剛度，在風(fēng)荷載和輕微地震作用下，體系具有足夠的彈性剛度，可以滿足正常使用要求;在強(qiáng)地震作用下，隔震墊水平向的剪切位移保證主體結(jié)構(gòu)不發(fā)生傾覆且能完好地恢復(fù)至平衡位置;同時(shí)在強(qiáng)地震作用發(fā)生時(shí)，隔震裝置柔性滑動(dòng)水平向發(fā)生反復(fù)的剪切變形或摩擦等亦可消耗地震能量。
1工程概況
澄江化石地博物館是云南省重點(diǎn)工程之一，建筑共6層(含隔震層)，頂點(diǎn)標(biāo)高31.80m，總建筑面積16812.28m2。主體結(jié)構(gòu)為鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，底層采用基礎(chǔ)隔震，局部位置設(shè)置屈曲約束支撐又稱防屈曲支撐(BRB即Buckling restrained brace)，該結(jié)構(gòu)共采用了89個(gè)橡膠隔震支座、54個(gè)BRB。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為8度(0.20g)，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，場(chǎng)地類別為Ι類，場(chǎng)地特征周期為0.35s，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1，鋼管混凝土框架抗震等級(jí)為一級(jí)。
2結(jié)構(gòu)方案對(duì)比
在方案階段根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、設(shè)防烈度以及場(chǎng)地條件等因素，與傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行對(duì)比分析。采用傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方案時(shí)，由于結(jié)構(gòu)荷載較大，導(dǎo)致梁柱的截面很大，如鋼管混凝土柱鋼管最大截面將達(dá)到1000×22，梁截面最大為H700×400×16×35，與建筑的使用功能不相適應(yīng)，結(jié)構(gòu)的截面越大，在地震時(shí)所吸收的地震能量也越大，這樣，帶來(lái)工程造價(jià)大幅度提高，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)位移比為1.29(Y向)，大于1.2，為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)，其抗震性能和可靠度均達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)，因此該工程采用消能減震設(shè)計(jì)非常必要。
根據(jù)工程情況，可以單獨(dú)采用BRB或橡膠隔震支座與BRB聯(lián)合設(shè)計(jì)方案。單獨(dú)采用BRB設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)調(diào)整BRB位置及剛度使結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求，BRB在小震下僅為結(jié)構(gòu)附加抗側(cè)剛度，在中震與大震下作為第一道防線首先耗能，有效減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)整體抗震性能。
當(dāng)采用橡膠隔震支座與BRB聯(lián)合設(shè)計(jì)方案時(shí)，通過(guò)多次調(diào)整BRB位置，優(yōu)化隔震層參數(shù)，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)得到有效的控制;上部結(jié)構(gòu)的減震系數(shù)預(yù)期達(dá)到0.3左右，上部結(jié)構(gòu)可按降低一度設(shè)計(jì)，上部結(jié)構(gòu)的截面尺寸大大地減小，使用空間滿足要求，這樣在大幅度提高結(jié)構(gòu)抗震性能的同時(shí)，還可獲得較好的經(jīng)濟(jì)性。最終確定以隔震為第一道防線、BRB為第二道防線的減震與隔震聯(lián)合設(shè)計(jì)方案。3減隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1隔震設(shè)計(jì)
隔震設(shè)計(jì)采用分部設(shè)計(jì)方法，將整個(gè)隔震結(jié)構(gòu)分為上部結(jié)構(gòu)、隔震層、下部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)等部分，并對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。隔震層的設(shè)計(jì)是隔震性能目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，因此選擇適當(dāng)?shù)母粽鹬ё鶇?shù)和位置，隔震支座與上下支墩的連接方式是隔震設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)首先考慮的問(wèn)題。該工程隔震層為鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)，故采用“一柱一支座”的布置方法，即每根柱子下面布置一個(gè)隔震支座，共布置89個(gè)橡膠隔震支座，其中鉛芯橡膠隔震支座(LRB1000)54個(gè)，天然橡膠隔震支座(LNR1000)35個(gè) 。支座在選擇時(shí)應(yīng)考慮下列因素:
(1)支座在重力荷載代表值下的壓應(yīng)力應(yīng)滿足規(guī)范限值的要求。工程的最大壓應(yīng)力為11.8MPa，小于規(guī)范要求的限值12MPa(乙類建筑)。
(2)日本隔震設(shè)計(jì)規(guī)定隔震層在兩個(gè)主軸方向的偏心率應(yīng)小于3%，我國(guó)抗規(guī)只是對(duì)隔震層的偏心率做出了定性的規(guī)定。隨著隔震層質(zhì)心與剛心的增大，上部結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)將增大，對(duì)于支座的拉應(yīng)力及位移的控制不利。
(3)為保證抗風(fēng)裝置的有效性和隔震裝置在多次地震作用后仍能保持較好的復(fù)位性能，隔震層要有足夠的水平承載力和彈性恢復(fù)力�？紤]到地震動(dòng)的隨機(jī)性，為獲得較為合理的分析結(jié)果，設(shè)防地震時(shí)程分析時(shí)選取5條天然波(BRA，LAD，NOR，SIL，TR2C)和2條人工波(REN1，REN2)，地震波的選取要考慮場(chǎng)地、數(shù)量、頻譜特性、持續(xù)時(shí)間以及統(tǒng)計(jì)意義上相符等要求。
3.2減震設(shè)計(jì)
本工程的減震設(shè)計(jì)采用BRB作為消能減震部件，按照“均勻、分散、對(duì)稱、周邊”的原則布置BRB，6層BRB布置平面圖，BRB在小震作用下保持彈性僅附加抗側(cè)剛度，使結(jié)構(gòu)的剛度分布更加均勻，避免產(chǎn)生薄弱層，中震下BRB控制其塑性發(fā)展程度，大震下BRB進(jìn)入較大的塑性耗能階段，達(dá)到中震少耗能和大震多耗能的目的，使其成為抗震第二道防線，先于主體結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性耗能階段，提高結(jié)構(gòu)在罕遇或超罕遇地震作用下的抗震性能。
4減隔震結(jié)構(gòu)分析
4.1結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析
結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性可以對(duì)隔震方案提供重要信息，可以對(duì)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行進(jìn)一步判斷。本文采用Ritz向量法計(jì)算出了隔震與非隔震結(jié)構(gòu)前30階動(dòng)力特性。計(jì)算表明，隔震結(jié)構(gòu)前30階振型總的質(zhì)量參與系數(shù)X、Y方向均超過(guò)99%，前3階陣型屬于隔震層平動(dòng)和扭轉(zhuǎn)，隔震層設(shè)計(jì)合理;非隔震結(jié)構(gòu)前30階振型總的質(zhì)量參與系數(shù)超過(guò)99%，計(jì)算模型選取的模型階數(shù)足夠。隔震后2個(gè)主方向的基本周期分別為2.497 s和2.471 s，相差較小，表明隔震層剛度分布均勻，隔震支座布置較為合理。同時(shí)隔震結(jié)構(gòu)基本平動(dòng)周期較非隔震結(jié)構(gòu)有較大延長(zhǎng)，可達(dá)到較好的隔震效果。
4.2隔震層驗(yàn)算
根據(jù)抗規(guī)要求，隔震結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行罕遇地震作用下隔震層的驗(yàn)算，在罕遇地震作用下隔震裝置的水平位移不超過(guò)支座有效直徑的0.55倍和支座內(nèi)部橡膠總厚度(Tr)的3倍二者中的較小值，在水平和豎向地震組合工況下的拉應(yīng)力最大值不應(yīng)大于1MPa，罕遇地震作用下支座短期壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)25MPa。罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的隔震支座最大位移為307mm，小于規(guī)范要求的550mm;支座的拉應(yīng)力最大值為0.7MPa，小于規(guī)范要求的1MPa，說(shuō)明結(jié)構(gòu)質(zhì)心與剛心相距較小，沒(méi)有傾覆的趨勢(shì);支座在罕遇地震作用下的壓應(yīng)力最大值14.76MPa，遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的25MPa，說(shuō)明該工程的隔震支座布置合理，安全性較好。
4.3大震彈塑性分析及性能評(píng)估
根據(jù)抗規(guī)第5.5.2條規(guī)定，采用隔震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行罕遇地震作用下薄弱層的彈塑性驗(yàn)算。采用SAP2000對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行大震彈塑性時(shí)程分析，通過(guò)定義梁柱的塑性鉸以模擬結(jié)構(gòu)的非線性，遠(yuǎn)小于規(guī)范限值1/50，說(shuō)明結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下具有良好的抗震性能，能夠滿足預(yù)期性能目標(biāo)要求，且結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備較高。罕遇地震作用下小部分構(gòu)件開(kāi)始進(jìn)入塑性，少量框架梁出現(xiàn)塑性鉸，柱未出鉸，結(jié)構(gòu)能夠較好地滿足“強(qiáng)柱弱梁”抗震性能目標(biāo)。
建筑工程師評(píng)職知識(shí)：建筑結(jié)構(gòu)論文發(fā)表技巧
5結(jié)論
(1)本工程采用分部設(shè)計(jì)法，減震系數(shù)取設(shè)防地震作用下隔震與非隔震各層層間剪力的最大比值0.296，上部結(jié)構(gòu)可按降低一度進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，考慮了地震的最不利輸入方向的影響。
(2)本工程隔震層設(shè)計(jì)合理，各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。隔震層偏心率小于3%，罕遇地震作用下隔震支座短期極大面壓小于25MPa，極大拉應(yīng)力小于1MPa，最大位移小于0.55m，隔震支座安全儲(chǔ)備較高。
(3)BRB作為消能減震部件，根據(jù)等代斜桿的出力、截面尺寸及軸線長(zhǎng)度對(duì)BRB進(jìn)行設(shè)計(jì)，使BRB在小震下保持彈性，為結(jié)構(gòu)提供抗側(cè)剛度，中震下控制其塑性發(fā)展程度，大震下其進(jìn)入較大的塑性耗能階段，達(dá)到中震少耗能和大震多耗能的目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)：
[1]馬健，潘文，楊曉東，等.澄江化石博物館振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)及能量分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2017，47(8):47-53.
[2]建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范:GB50011—2010[S].北京:中國(guó)建工業(yè)出版社，2010.
[3]芮明倬，李立樹(shù)，賀軍利，等.屈曲約束支撐在古北財(cái)富中心高層鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2007，37(5):25-28.
作者：何剛
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///jzlw/24631.html
