石嘴山人防指揮大樓隔震設(shè)計

石嘴山人防指揮大樓隔震設(shè)計

1建筑平面布置該項目是石口山市一棟親水指揮樓的建設(shè)。結(jié)構(gòu)分主樓和裙房兩個部分,主樓地上7層,局部8層,無地下室,裙房地上3層,主樓和裙房之間由防震縫分割開。主樓縱向長60.0m,橫向?qū)?7.4m,總高度24.0m。主樓建筑平面布置如圖1所示,剖面如圖2所示。石嘴山市抗震設(shè)防烈度為8度,設(shè)計基本地震加速度值為0.20g,設(shè)計地震第一組(表示未來震源的遠近),建筑場地土為Ⅱ類。石嘴山市位于地震高烈度區(qū),按照傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法和建筑功能的特殊要求,采用框架結(jié)構(gòu)。該工程在滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2001)(以下簡稱為“規(guī)范”)要求的前提下,結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的截面尺寸將會很大,如柱截面最大尺寸達到800mm×800mm,且柱的配筋率很高。這樣,帶來工程造價大幅度提高,建筑使用功能受到限制;為了防止建筑物在可能發(fā)生的大震中,由于地震能量將主要通過結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈塑性變形耗散而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重,因此,在該工程中采用隔震設(shè)計是非常必要的。2隔震技術(shù)的應(yīng)用隔震技術(shù)是在建筑物底部與基礎(chǔ)之間設(shè)置橡膠隔震支座,以阻隔地震能量向上部結(jié)構(gòu)傳遞。即在房屋底部設(shè)置由疊層橡膠支座和阻尼器等部件組成隔震層,以增加結(jié)構(gòu)的自振周期,增大阻尼,以減少輸入上部結(jié)構(gòu)的地震能量,達到預(yù)期防震要求。該方法不但能保護建筑物還能保護建筑物內(nèi)重要的設(shè)備免遭強震沖擊破壞。其抗震設(shè)計的對象也由整體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化到隔震裝置,大大簡化了結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工,降低投資,具有廣闊的前景。隔震技術(shù)比較適用于多層建筑或剛度較大的建筑物。本工程中采用隔震技術(shù),由于該建筑屬于中高層建筑,因此,首先必須采取措施保證其在地震中橡膠隔震支座不出現(xiàn)或出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力;同時,為了保證其隔震效果,應(yīng)適當(dāng)提高上部結(jié)構(gòu)的剛度。該工程體型規(guī)則,高寬比小于2,經(jīng)過多次調(diào)整做到了隔震支座基本上不出現(xiàn)拉應(yīng)力。采用隔震技術(shù)后,上部結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)預(yù)期將達到0.5,即上部結(jié)構(gòu)可降低1.0度設(shè)計。這樣,在大幅度提高結(jié)構(gòu)抗震安全性的同時,減小上部結(jié)構(gòu)的混凝土和鋼筋用量,可獲得較好的經(jīng)濟效益。綜合多方面的因素,采用隔震技術(shù)進行結(jié)構(gòu)減震設(shè)計是可行的。3結(jié)構(gòu)隔震分析3.1隔震支柱參數(shù)設(shè)計本工程隔震層布置在基礎(chǔ)頂面和±0.000樓面之間,由橡膠隔震支座、粘滯阻尼器組成;在基礎(chǔ)頂面與地上一層柱的柱底之間布置了44只橡膠隔震支座,沿結(jié)構(gòu)的兩個主軸方向共設(shè)置4只非線性粘滯阻尼器,如圖3所示。隔震支座形心與基礎(chǔ)截面形心、上柱截面形心重合,不同型號的隔震支座頂標(biāo)高相同,根據(jù)隔震支座外形尺寸推算隔震支座底面標(biāo)高。假設(shè)上部結(jié)構(gòu)水平向減震系數(shù)為0.5,并考慮豎向地震作用效應(yīng),隔震支座的壓力設(shè)計值由永久荷載+可變荷載+豎向地震作用計算求得。其中豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值FEvk=0.2G,G為隔震層以上結(jié)構(gòu)的總重力荷載代表值,求得各柱底軸力,初步設(shè)置隔震支座的規(guī)格。其中GZY500V4A22個,GZY600V4A22個。根據(jù)廠家產(chǎn)品性能參數(shù),選定各隔震支座的設(shè)計參數(shù)如表1所示(表中r為隔震支座的剪應(yīng)變)。3.2隔震層間剪力及最大層間位移隔震分析的計算簡圖如圖4所示。圖中:G2,G3…G9分別為上部各質(zhì)點(樓層)重力荷載代表值;K2,K3…K9分別為上部各樓層水平剛度;K1為隔震層水平剛度;G1為隔震層重力荷載代表值;üg為水平地震加速度;FEvk為豎向總地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值;ζ為上部結(jié)構(gòu)的阻尼比,取0.05。本文采用結(jié)構(gòu)隔震與非隔震各樓層最大層間剪力對比來確定隔震層以上結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù),層間剪力采用時程分析結(jié)果,選擇了2條天然波和1條人工波:天然波選擇EICeniro波、Taft波,人工波則根據(jù)場地地震地質(zhì)環(huán)境評價報告提供的地震動參數(shù)生成了符合“規(guī)范”要求的地震波。用三條波作用下各自最大值的平均值作為時程分析的代表值。為驗證時程分析所選地震波的合理性,本文首先分別采用SAP2000(時程分析法)和SATWE(振型分解反應(yīng)譜法)計算出非隔震結(jié)構(gòu)在8度多遇地震(amax=110galamax為地面運動最大加速度)作用下的最大層間剪力,列于表2。從中可以看出,每條地震波時程分析計算所得的結(jié)構(gòu)層間剪力均不小于反應(yīng)譜法計算結(jié)果的65%,3條地震波時程分析計算所得的結(jié)構(gòu)層間剪力平均值不小于反應(yīng)譜法計算結(jié)果的90%,說明本工程所選擇的地震波符合“規(guī)范”要求,計算結(jié)果是可信的。在Ⅱ類場地上一般將隔震結(jié)構(gòu)自振周期控制在2～4s。經(jīng)軟件計算該結(jié)構(gòu)設(shè)置隔震裝置后基本周期由原來的0.587s延長至2.879s。這樣可以有效減小上部結(jié)構(gòu)地震力和地震加速度,可達到預(yù)期隔震效果。表3列出了隔震結(jié)構(gòu)與非隔震結(jié)構(gòu)在8度多遇地震作用下的最大層間剪力。從中可以看出,在8度多遇地震作用下,隔震與非隔震兩種情況下各層層間剪力的最大比值為0.34,根據(jù)“規(guī)范”規(guī)定,隔震層以上結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)可取為0.50。表4列出了隔震層隔震結(jié)構(gòu)在8度罕遇地震作用下的最大層間位移。從表中可以看出,隔震層在8度罕遇地震作用下的最大位移為180.32mm。本工程采用的最小隔震支座直徑為500mm,其水平位移限值為275mm,符合“規(guī)范”要求,而且具有較高的安全儲備。為了檢驗隔震支座在罕遇地震作用下是否存在軸向拉力,本工程還對隔震層中最邊緣位置的部分支座進行了拉力校核見表5。隔震支座在3條地震波作用下可能產(chǎn)生的最大軸向拉力值,均小于其由于重力荷載代表值所引起的軸向壓力值,因此,隔震支座在罕遇地震作用下均處于受壓的狀態(tài),不會產(chǎn)生拉力,滿足“規(guī)范”要求。本工程在隔震層共設(shè)置了4只粘滯阻尼器,以增大上部結(jié)構(gòu)的減震效果、降低隔震層的位移、提高結(jié)構(gòu)的安全性。前述分析表明,按照本文的隔震方案,隔震與非隔震兩種情況下各層層間剪力的最大比值為0.34,隔震層在8度罕遇地震作用下的最大位移為180.32mm。若取消粘滯阻尼器,將可能導(dǎo)致以下兩種結(jié)果:①若保持減震效果不變,隔震層在罕遇地震作用下的最大位移將達到245mm;②若保持隔震層在8度罕遇地震作用下的最大位移不變,則上部結(jié)構(gòu)各層層間剪力的最大比值將達到0.372。由此可見粘滯阻尼器對隔震結(jié)構(gòu)減震效果和安全性的貢獻程度。4設(shè)置疊層橡膠隔震裝置本文對石嘴山市一擬建辦公樓采用隔震技術(shù)設(shè)計,進行了整體結(jié)構(gòu)的非線性時程分析,得出如下幾點主要結(jié)論:①隔震與非隔震兩種情況下各層層間剪力的最大比值為0.34,根據(jù)“規(guī)范”規(guī)定,隔震層以上結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)可取為0.50;罕遇地震作用下隔震層的最大水平位移為18