本文摘要：摘要：結(jié)合某度設(shè)防、近斷層且體型復(fù)雜的高層醫(yī)院建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)實(shí)例，研究隔震技術(shù)對(duì)強(qiáng)地震輸入、特別不規(guī)則和高預(yù)期抗震性能目標(biāo)的復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)中的適應(yīng)性及對(duì)應(yīng)措施，提出發(fā)揮不同隔震器件或裝置性能特點(diǎn)的組合隔震技術(shù)方法，結(jié)果表明組合隔震可減小隔震橡膠
摘要：結(jié)合某度設(shè)防、近斷層且體型復(fù)雜的高層醫(yī)院建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)實(shí)例，研究隔震技術(shù)對(duì)強(qiáng)地震輸入、特別不規(guī)則和高預(yù)期抗震性能目標(biāo)的復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)中的適應(yīng)性及對(duì)應(yīng)措施，提出發(fā)揮不同隔震器件或裝置性能特點(diǎn)的組合隔震技術(shù)方法，結(jié)果表明組合隔震可減小隔震橡膠支座面壓和水平變形，減少塔樓偏置引起的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)、豎向高位收進(jìn)引起的高振型效應(yīng)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷程度和范圍大幅降低，屈服耗能機(jī)制更為合理，有效提升了建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力;分析比較近場速度脈沖型地震波與考慮1.5近場系數(shù)的常規(guī)地震波作用下復(fù)雜高層隔震結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)差別，結(jié)果表明在速度脈沖型近場地震作用下的隔震層位移，層間位移角及層剪力均大于考慮1.5近場系數(shù)的常規(guī)地震波，即1.5增大系數(shù)不能包絡(luò)近場地震影響，隔震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)慎重考慮。
關(guān)鍵詞：度設(shè)防;近斷層;復(fù)雜高層建筑;組合隔震技術(shù)
0引言
四川省屬于地震多發(fā)區(qū)，而西昌市更屬于度設(shè)防且有活躍斷裂帶分布地區(qū)。由于城市發(fā)展，大量高層建筑以及復(fù)雜高層建筑出現(xiàn)，應(yīng)對(duì)巨大的地震作用同時(shí)保證較好的建筑使用功能成為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要解決的問題。隔震技術(shù)在汶川、蘆山等地震經(jīng)受住了實(shí)際考驗(yàn)，得到廣泛認(rèn)可并獲得政府的政策推廣，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)了《關(guān)于房屋建筑工程推廣應(yīng)用減隔震技術(shù)的若干意見暫行)》[1]的通知，鼓勵(lì)重點(diǎn)設(shè)防類、特殊設(shè)防類和位于度以上含度地震高烈度區(qū)的建筑采用減隔震技術(shù)。
建筑論文范例：高層建筑地基基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)土建施工技術(shù)要點(diǎn)
隔震結(jié)構(gòu)通過降低上部結(jié)構(gòu)輸入地震作用方式，舒緩上部結(jié)構(gòu)負(fù)擔(dān)，能夠較好解決抗震能力與建筑功能的矛盾問題。復(fù)雜高層建筑的隔震設(shè)計(jì)有其特殊性，包括結(jié)構(gòu)體形不規(guī)則性對(duì)隔震效果的影響;強(qiáng)地震輸入下超高、塔樓偏置導(dǎo)致的抗傾覆、抗扭轉(zhuǎn)需求加大;上部結(jié)構(gòu)薄弱部位較多，加強(qiáng)措施更多更嚴(yán)等等。 近幾年，近斷層地震動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特征及其對(duì)工程結(jié)構(gòu)的影響不斷受到關(guān)注。
近斷層地震動(dòng)具有明顯的長周期速度和位移脈沖[2]，對(duì)隔震建筑等長周期結(jié)構(gòu)的抗震性能和設(shè)計(jì)帶來不利影響。由于研究不足，我國抗震規(guī)范設(shè)計(jì)反應(yīng)譜沒有納入近場條件，而通過近場放大系數(shù)考慮近場地震動(dòng)影響。本文結(jié)合某度設(shè)防、近斷層且體型復(fù)雜的高層醫(yī)院建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)實(shí)例，通過設(shè)置由橡膠隔震支座、滑板支座及黏滯阻尼器組合的隔震層的參數(shù)化計(jì)算分析，探討組合隔震技術(shù)方法下復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路及控制要點(diǎn)。并研究組合隔震技術(shù)在近場速度脈沖型地震波作用下復(fù)雜高層隔震結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)特點(diǎn)，為今后類似建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。
1工程概況
川投西昌綜合醫(yī)院，位于西昌市北城新區(qū)，抗震設(shè)防類別為度，場地類別為II類，設(shè)計(jì)地震分組為第三組。由塔樓及裙房組成，其中塔樓地上共17層，建筑高度70.5m，字形平面，長度134.4m，寬度47.8m，單肢寬度23.9m;裙房地上層，建筑高度21.3m，為矩形平面，裙房長度193.2m，寬度109.9m;塔樓與裙房不設(shè)置抗震縫，共用兩層地下室。
本項(xiàng)目具有以下特點(diǎn)：1)大型醫(yī)療建筑，屬于重點(diǎn)設(shè)防類別;2)場地距離活躍斷裂帶小于2.5km，近斷層的地震影響必須重視;3)建筑體型復(fù)雜，屬高位收進(jìn)的大底盤單塔結(jié)構(gòu)，但塔樓偏置;塔樓平面不規(guī)則;4)建筑高度70.5米，大于度區(qū)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)適用高度[3]。屬于“超過高度的房屋，應(yīng)進(jìn)行專門研究和論證，采取有效的加強(qiáng)措施”范圍[4]，為超限高層建筑工程。
2隔震技術(shù)的適應(yīng)性研究
2.1隔震效果受結(jié)構(gòu)體型影響評(píng)價(jià)
一般來說，多層結(jié)構(gòu)由于自振周期較短，隔震后自振周期大幅延長，動(dòng)力響應(yīng)減弱而產(chǎn)生較好的隔震效果。但高層結(jié)構(gòu)的上述效應(yīng)受到抑制，一是本身自振周期較長，隔震后延長比例較小且位于反應(yīng)譜下降相對(duì)平緩段;二是由于橡膠支座面壓控制原因，高層結(jié)構(gòu)的支座較大進(jìn)一步影響隔震效果，而高烈度的強(qiáng)地震輸入進(jìn)一步加大上述影響，導(dǎo)致隔震效果的降低。
本項(xiàng)目采用基礎(chǔ)隔震，隔震層以上結(jié)構(gòu)高度82米，按塔樓與裙房間設(shè)永久縫分離則塔樓高寬比3.5，而按塔樓與裙房一體則計(jì)裙房以上塔樓高寬比為2.1，兩者的非隔震模型基本自振周期分別為1.323s、1.2481s;盡管屬于高層結(jié)構(gòu)，由于位于高烈度區(qū)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)自身剛度較大，基本周期較小，采用隔震技術(shù)的效果較好，隔震前后周期比約為，見表;減震系數(shù)最大為0.369小于0.38，見表。隔震層大底盤有利于整體抗傾覆，防止隔震支座壓屈或拉應(yīng)力過大，因而隔震技術(shù)在本結(jié)構(gòu)具有很好的適用性。
3近斷層影響下的隔震設(shè)計(jì)研究
文獻(xiàn)表明，近斷層地震動(dòng)的基本特征主要有：
(1)破裂的方向性效應(yīng)：表現(xiàn)為破裂前方的地震動(dòng)長周期成分加強(qiáng),地震動(dòng)峰值大、持時(shí)短,垂直于斷層面的分量的速度時(shí)程中有明顯的長周期脈沖該方向的地震動(dòng)明顯大于平行于斷層面方向的地震動(dòng)。(2)近斷層的速度大脈沖：其中,方向性脈沖主要表現(xiàn)在垂直于斷層走向的分量上,永久位移引起的速度脈沖表現(xiàn)在平行于斷層走向的分量上，個(gè)速度脈沖是疊加在一起的。(3)上盤效應(yīng)：產(chǎn)生上盤效應(yīng)主要是由于到斷層在地表的跡線距離斷層距相同的點(diǎn)上盤到發(fā)震斷層面的距離震源距要小于下盤而近斷層區(qū)域地震動(dòng)的幾何衰減很快，導(dǎo)致上盤地震動(dòng)要大于下盤地震動(dòng)。
另外,從斷層面上輻射出去的地震波到達(dá)地表后會(huì)反射回?cái)鄬用?再從斷層面反射到地表多次反射的地震波也放大了上盤的地震動(dòng)。上盤效應(yīng)提示我們?cè)诮鼣鄬涌拐鹪O(shè)計(jì)時(shí),要對(duì)上下盤分別對(duì)待。結(jié)構(gòu)在近場地震動(dòng)的地震響應(yīng)與遠(yuǎn)場明顯不同。美國UBC97規(guī)范考慮了近斷層地震效應(yīng)，以50年超越概率10%把全美國劃分為個(gè)地震區(qū)(對(duì)應(yīng)的有效峰值加速度分別為0.075g、0.15g、0.20g、0.30g和0.40g),其中需要考慮近場效應(yīng)的Zone4區(qū)(0.40g)主要分布在西海岸加州境內(nèi)。該規(guī)范根據(jù)近斷層的距離和斷層類型，給出了近場因子Na和Nv的取值，通過地面反應(yīng)系數(shù)Ca和Cv對(duì)設(shè)計(jì)譜進(jìn)行調(diào)整。
而我國抗震規(guī)范GB50011的設(shè)計(jì)譜曲線中沒有反應(yīng)速度脈沖效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)破壞的影響，而提出統(tǒng)一的加速度幅值增大系數(shù)方法考慮近斷層地震動(dòng)對(duì)隔震結(jié)構(gòu)影響。 根據(jù)安評(píng)報(bào)告，本工程場地與斷裂帶最近距離約2.5km，且近場區(qū)的垂直差異運(yùn)動(dòng)的幅度和水平走滑運(yùn)動(dòng)較為明顯。采用隔震結(jié)構(gòu)后，近斷層長周期脈沖的效應(yīng)對(duì)隔震層變形放大效應(yīng)不能忽視。文獻(xiàn)表明進(jìn)行近斷層地震作用下的基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，PGV與PGD應(yīng)優(yōu)于PGA成為地震動(dòng)輸入的控制參數(shù)。故本節(jié)選取近斷層速度脈沖波采用ETABS軟件進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，討論抗震規(guī)范方法的合理性。
4組合隔震技術(shù)的應(yīng)用研究
4.1設(shè)置黏滯阻尼器的組合隔震技術(shù)應(yīng)用
近場脈沖波下最大的隔震層水平位移最大可達(dá)到800mm，要滿足罕遇地震時(shí)限值Max(0.55D=605mm,3r=696mm)=696mm的要求[3]，屈重比需要達(dá)到3.5%以上，意味著90%以上的隔震支座需要采用鉛芯支座，隔震層剛度相應(yīng)增加，隔震效果下降。在隔震層X,Y向各設(shè)置40個(gè)黏滯阻尼器，形成橡膠隔震支座與黏滯阻尼器的組合隔震的方案，與僅設(shè)置橡膠隔震支座黏滯無阻尼器的隔震方案對(duì)比分析，比較考慮1.5近場系數(shù)的常規(guī)波以及近場脈沖波作用下隔震效果與限位情況。
以RSN802地震波為例，對(duì)比罕遇地震下兩種隔震方案的典型能量耗散分布圖可知，兩種方案總的輸入能差別不大，且隔震層的消能器均耗散大部分能量。其中無黏滯阻尼器的隔震方案，位移型的隔震支座耗能占比達(dá)到51.3%;而組合隔震方案的隔震支座耗能占比約34%，其速度型的黏滯阻尼器則消耗約33%的能量，使得隔震支座位移減少，體現(xiàn)在隔震支座能量消耗有所減少。但方案組合隔震的隔震層總的消耗能量比達(dá)到67%大于隔震方案的51.3%，說明組合隔震不僅有效控制隔震支座位移，且能消耗更多的地震能量，使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件塑性耗能占比不到0.4%，屈服耗能機(jī)制更為合理，可顯著提高結(jié)構(gòu)抗震性能。
5結(jié)論
(1)隔震技術(shù)可有效減輕復(fù)雜結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜性對(duì)抗震的不利影響，提高結(jié)構(gòu)抗震性能。
(2)分析表明，本結(jié)構(gòu)在近場脈沖波的地震響應(yīng)普遍大于考慮1.5的近場系數(shù)的常規(guī)波。采用近場影響系數(shù)考慮近場效應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，不能包絡(luò)考慮近場長周期脈沖運(yùn)動(dòng)對(duì)隔震結(jié)構(gòu)的不利影響，建議近斷層的復(fù)雜隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行近場脈沖波的地震響應(yīng)驗(yàn)算。
(3)采用粘滯阻尼器的組合隔震技術(shù)對(duì)于高烈度區(qū)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)有著良好的適用性，是提高隔震效率、增加復(fù)雜結(jié)構(gòu)抗震性能的有效方式。
參考文獻(xiàn)
[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.關(guān)于房屋建筑工程推廣應(yīng)用減隔震技術(shù)的若干意見暫行
[2]火明譞,趙亞敏,陸鳴.近斷層地震作用隔震結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀綜述[J]世界地震工程,2012,28(3):161170.(HUOMingxuan,ZHAOYamin,LUMing.Researchprogressinbaseisolatedstructuressubjectedtonearfaultgroundmotions[J].WorldEarthquakeEngineering,2012,28(3):161170.(inChinese))
[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.中華人民共和國建筑工程標(biāo)準(zhǔn)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范:GB500112010(2016年版)[S]北京：中國建筑工業(yè)出版社2016.MinistryofHousingandUrbanRuralDevelopmentofthePeople'sRepublicofChina.Codeforseismicdesignofbuildings.GB500112010(2016)[S].Beijing:ChinaArchitecture&BuildingPress,2011.(inChinese)
作者：吳小賓，彭志楨，秦攀，曹莉，韓克良，姜雪
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///jzlw/28939.html
