河南省安陽市某醫(yī)院減震結(jié)構(gòu)設(shè)計

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所屬分類:減隔震百科
本工程位于河南省安陽市,抗震設(shè)防烈度8度,設(shè)計基本地震加速度峰值為0.20g,設(shè)計地震分組第二組,II類場地, 場地特征周期0.40s。采用框架結(jié)構(gòu)形式,地下1層,地上4層,建筑結(jié)構(gòu)高度18.9m,長約50m,寬約25m。屬于重點設(shè)防類,乙類建筑。

河南省安陽市某醫(yī)院減震結(jié)構(gòu)設(shè)計
河南省安陽市某醫(yī)院減震結(jié)構(gòu)設(shè)計
圖1-1?工程效果圖

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圖1-2?工程三維模型及阻尼器布置示意圖

工程設(shè)計

2.1

設(shè)計主要依據(jù)和資料

本工程減震設(shè)計所依據(jù)的主要規(guī)范、圖集如下:

(1)《建筑抗震設(shè)防分類標準》(GB50223-2008);

(2)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012);

(3)《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準》(GB50068-2018);

(4)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011-2010)(2016版);

(5)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)(2015版);

(6)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2011);

(7)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015);

(8)《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》(GB55001-2021);

(9)《建筑與市政工程抗震通用規(guī)范》(GB55002-2021);

(10)《鋼結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》(GB55006-2021);

(11)《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》(JGJ297-2013);

(12)《建筑消能阻尼器》(JGT209-2012);

(13)《建設(shè)工程抗震管理條例》。

2.2

結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件的選用

本工程采用PKPM結(jié)構(gòu)2021版V1進行減震結(jié)構(gòu)的建模與分析設(shè)計。該結(jié)構(gòu)除中庭開大洞外整體規(guī)則,且高度小于60m,依據(jù)《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》3.3節(jié)和4.1節(jié),可僅采用復(fù)振型分解反應(yīng)譜法結(jié)合迭代計算的方法進行減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作,無需與時程分析進行包絡(luò)設(shè)計。在PKPM軟件中定義、布置消能器,設(shè)置性能目標、定義相關(guān)構(gòu)件類別,計算有消能器和無消能器模型,可在一個模型里,一鍵實現(xiàn)包含消能子結(jié)構(gòu)的多模型的性能包絡(luò)設(shè)計。一級建造師考試培訓(xùn)www.itk3.com

減震設(shè)計

3.1

減震設(shè)計目標

本工程通過在房屋結(jié)構(gòu)中設(shè)置速度相關(guān)型消能器,通過速度相關(guān)型消能器的相對速度提供附加阻尼,以消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震能量,達到預(yù)期的防震減震要求。速度相關(guān)型消能器可以不顯著改變結(jié)構(gòu)的自振周期,而顯著增加結(jié)構(gòu)的阻尼,從而顯著降低結(jié)構(gòu)在地震作用下的外力和位移反應(yīng)。

3.2

性能目標的選取

3.2.1

根據(jù)《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》中6.5.1要求:消能減震結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合建筑實際需求選擇性能水準和性能目標;

3.2.2

《建設(shè)工程抗震管理條例》明確高烈度設(shè)防區(qū)、地震重點監(jiān)視防御區(qū)的新建醫(yī)院、學(xué)校、幼兒園等八類建筑采用減隔震技術(shù),并且保證在設(shè)防地震時滿足正常使用要求;

3.2.3

結(jié)合甲方、審圖單位的意見,本項目位于8度區(qū),使用功能為門診樓,因此,暫定主體結(jié)構(gòu)抗震性能目標為性能2。

3.3

減震設(shè)計參數(shù)

3.3.1 構(gòu)件性能設(shè)計

構(gòu)件類型

構(gòu)件

承載力驗算內(nèi)容

中震

大震

關(guān)鍵構(gòu)件

消能子結(jié)構(gòu)

抗剪、抗彎彈性

極限承載力

普通豎向構(gòu)件

普通框架柱

抗剪彈性、抗彎不屈服

承載力驗算內(nèi)容

普通水平構(gòu)件

普通框架梁

抗剪、抗彎不屈服

承載力驗算內(nèi)容

變形驗算(位移角)

1/300

1/50

表3.3.1?構(gòu)件設(shè)計屬性及驗算內(nèi)容

3.3.2 構(gòu)件性能設(shè)計軟件參數(shù)設(shè)置

如圖3.3.2進行總信息參數(shù)設(shè)置,另外可以通過設(shè)置附加阻尼比折減系數(shù)考慮施工安裝偏差等不可控因素的不利影響。

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圖3.3.2?減震設(shè)計參數(shù)設(shè)置

3.3.3 構(gòu)件性能目標指定及包絡(luò)設(shè)計

如圖3.3.3-1操作,在主模型下指定消能子結(jié)構(gòu)的框架柱、框架梁按照表3.3.1中關(guān)鍵構(gòu)件的要求設(shè)置性能目標(普通豎向構(gòu)件、普通水平構(gòu)件類似操作)。

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圖3.3.3-1?指定構(gòu)件性能目標

如圖3.3.3-2操作即可實現(xiàn)有、無阻尼器模型和性能設(shè)計模型的包絡(luò)工作,方便快捷;同時支持子模型的參數(shù)單獨修改、設(shè)置,滿足特殊設(shè)計的功能需求。

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圖3.3.3-2?一鍵實現(xiàn)多模型包絡(luò)設(shè)計

3.4

消能器的選取

3.4.1 阻尼器性能參數(shù)

類別

符號

單位

消能器

使用數(shù)量

N

34

阻尼系數(shù)

符號

KN(s/mm)^α

70

阻尼指數(shù)

符號

單位

0.2

剛度

符號

KN/m

0

表3.4.1 ?速度相關(guān)型消能器使用情況統(tǒng)計

3.4.2 阻尼器布置

如圖3.4.2所示以首層阻尼器布置為例,遵循以下原則:

1)平面方向布置:阻尼器優(yōu)先設(shè)置在樓梯間、機械室等核心筒周圍的骨架中或著無門窗洞口位置,避免對建筑功能產(chǎn)生影響;

2)高度方向布置:阻尼器分散于各層布置,使結(jié)構(gòu)整體彎曲變形減小,阻尼器更好的發(fā)揮作用;

3)形成多道防線,提高防范風(fēng)險能力。咩票特價電影票www.miepiao.com共丟廢品回收網(wǎng)www.gongdiu.com設(shè)計學(xué)徒自學(xué)網(wǎng)www.sx1c.com

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圖3.4.2 首層阻尼器布置示意圖

結(jié)構(gòu)分析與計算

4.1

結(jié)構(gòu)動力特性分析

振型

無阻尼器(s)

有阻尼器(s)

1

0.792

0.793

2

0.74

0.742

3

0.721

0.723

表4.1?有無阻尼器結(jié)構(gòu)的周期

由上表可知,采用速度相關(guān)型阻尼器減震技術(shù)后,結(jié)構(gòu)的周期基本保持不變,整體結(jié)構(gòu)剛度未發(fā)生明顯變化。

4.2

附加阻尼比

子模型

附加阻尼比(%)

X向

Y向

取值

小震有阻尼器

4.62

8.29

4.62

中震有阻尼器

2.38

4.21

2.38

大震有阻尼器

1.21

2.07

1.21

表4.2??附加阻尼比結(jié)果

由上表綜合確定X、Y方向附加阻尼比取小值為最終減震結(jié)構(gòu)的附加阻尼比。

4.3

層間位移角

子模型

位移角

X向

Y向

限值

小震有阻尼器

1/799

1/970

1/550

中震有阻尼器

1/304

1/301

1/300

大震有阻尼器

1/150

1/172

1/50

表4.3 結(jié)構(gòu)層間位移角結(jié)果

由上表可知,減震結(jié)構(gòu)在各級地震作用下的層間位移角滿足《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》6.5.2的要求。

阻尼器滯回曲線

采用時程分析方法(FNA)選取5條天然波,2條人工波,進行補充驗算,查看阻尼器滯回曲線,如圖5.1所示;提供如圖5.2所示能量圖結(jié)果查看,可以清晰的查看各時期結(jié)構(gòu)及阻尼器耗能情況。CAD軟件素材教程下載www.9npx.com四五設(shè)計網(wǎng)www.45te.com設(shè)計學(xué)徒自學(xué)網(wǎng)www.sx1c.com

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圖5.1 阻尼器滯回曲線示意圖

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圖5.2 能量圖

結(jié)論

使用PKPM減震軟件分析了減震結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下、設(shè)防地震作用下和罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng),通過計算結(jié)果得出以下結(jié)論:

1)非減震結(jié)構(gòu)的自振周期為0.792,減震結(jié)構(gòu)的自振周期為0.793,自振周期未發(fā)生變化,小震下附加阻尼比取值為4.6%,大震下附加阻尼比取值為1.2%。

2)布置阻尼器后結(jié)構(gòu)的層間位移滿足規(guī)范要求,結(jié)構(gòu)的層間剪力受到了較好的控制。

3)該工程采用減震方案是有效可靠的,通過增加結(jié)構(gòu)的阻尼比有效減小了地震作用對結(jié)構(gòu)的影響。

說明:本實例主要介紹了減震結(jié)構(gòu)分析的相關(guān)參數(shù)設(shè)置與驗算要點,關(guān)于減震結(jié)構(gòu)的施工與維護,阻尼器的技術(shù)性能要求、檢驗、驗收等內(nèi)容,應(yīng)按相應(yīng)規(guī)范、規(guī)程、標準的要求進行實施。

作者:董書明? ? ? 單位:機械工業(yè)第六設(shè)計研究院有限公司

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