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項(xiàng)目地點(diǎn)：海口市秀英區(qū)西秀鎮(zhèn)
設(shè)計(jì)單位：廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司海南分公司
項(xiàng)目概況：體育館地上2層，局部1層，無(wú)地下室，建筑高度8.7m，混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，樓板采用預(yù)制疊合板，其余為現(xiàn)澆。
抗震設(shè)防信息：抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度峰值為0.3g，設(shè)計(jì)地震分組第二組，Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地，場(chǎng)地特征周期0.4s，重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)。
減隔震技術(shù)應(yīng)用要求：根據(jù)《建設(shè)工程抗震管理?xiàng)l例》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“條例”）第十六條要求，本項(xiàng)目處于高烈度區(qū)的中學(xué)體育館，綜合對(duì)比減隔震方案后，選擇隔震方案；同時(shí)本項(xiàng)目按《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51408-2021（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“隔標(biāo)”）中設(shè)防地震水準(zhǔn)設(shè)計(jì)，保證設(shè)防地震時(shí)滿足正常使用要求。
圖3：項(xiàng)目隔震設(shè)計(jì)流程
本項(xiàng)目單體共使用了20個(gè)支座，各類(lèi)型支座數(shù)量及力學(xué)性能詳下表：
表1 鉛芯橡膠隔震支座力學(xué)性能參數(shù)
表2 天然橡膠隔震支座力學(xué)性能參數(shù)
圖4：《隔標(biāo)》基本設(shè)防目標(biāo)
圖5：隔震支座一體化建模
隔震結(jié)構(gòu)的偏心率是隔震層支座布置合理性及整體化設(shè)計(jì)方法中控制支座拉應(yīng)力的一個(gè)重要指標(biāo)，《隔標(biāo)》4.6.2明確：隔震層剛度中心與質(zhì)量中心宜重合，設(shè)防烈度作用下的偏心率不宜大于3%。
本項(xiàng)目在進(jìn)行隔震層設(shè)計(jì)時(shí)，也對(duì)隔震系統(tǒng)的偏心率進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為：X方向2.18%，Y方向2.88%，詳見(jiàn)下表：
表4 偏心率
《隔標(biāo)》4.6.3規(guī)定，對(duì)于不同的隔震支座類(lèi)型按抗震設(shè)防類(lèi)別給出了支座在重力荷載代表值作用下的壓應(yīng)力限值驗(yàn)算要求。本項(xiàng)目不同支座的具體壓應(yīng)力如下表所示，由表可知，支座壓應(yīng)力最大值為10.7Mpa，乙類(lèi)建筑壓應(yīng)力限值為12 Mpa，支座有足夠的安全儲(chǔ)備。
表5 重力荷載代表值作用下壓應(yīng)力
《隔標(biāo)》4.5.1規(guī)定，上部結(jié)構(gòu)在設(shè)防地震作用下的結(jié)構(gòu)樓層最大彈性層間位移角按鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系應(yīng)滿足1/400的要求。軟件后處理文本結(jié)果中可以默認(rèn)顯示不同工況下的結(jié)構(gòu)樓層位移指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，需要注意根據(jù)不同位置規(guī)范上層間位移角的要求，可以人為調(diào)整“位移比和位移角規(guī)范限值”。本項(xiàng)目提取變形結(jié)果如下表所示：
表6?彈性層間位移角
《隔標(biāo)》4.6.8規(guī)定：隔震層抗風(fēng)承載力設(shè)計(jì)值（包括抗風(fēng)裝置和隔震支座的屈服力構(gòu)成）應(yīng)不小于風(fēng)荷載作用下隔震層水平剪力標(biāo)準(zhǔn)值的1.4倍，隔震層必須具備足夠的屈服前剛度和屈服承載力，以滿足風(fēng)荷載和微振動(dòng)的要求。按《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》GB 55001-2021中3.1.13-4：除第3款之外的可變作用，當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)不應(yīng)小于1.5；當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，應(yīng)取為0。因此綜合考慮上述兩本規(guī)范的要求，本項(xiàng)目風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.5[A1]?，具體隔震層抗風(fēng)承載力驗(yàn)算如下所示，從結(jié)果中可以看出，滿足規(guī)范驗(yàn)算要求。
《隔標(biāo)》4.2.2條及4.3.2條規(guī)定，采用基于復(fù)振型模態(tài)的振型分解反應(yīng)譜法，將下部結(jié)構(gòu)、隔震層及上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析，其中隔震層的非線性可按等效線性化的迭代方式考慮。目前PKPM軟件支持復(fù)振型分解反應(yīng)譜法和迭代的要求，同時(shí)通過(guò)多模型計(jì)算的功能，分別輸出中震隔震模型及中震非隔震子模型結(jié)果。本項(xiàng)目提取兩個(gè)子模型的前三階周期整理如下表所示：
表7?隔震模型與非隔震模型周期對(duì)比
同傳統(tǒng)隔震結(jié)構(gòu)分部式設(shè)計(jì)方法不同，雖然不需要提取出隔震模型與非隔震模型的樓層剪力結(jié)果得到水平向減震系數(shù)，但是在《隔標(biāo)》6.1.3條規(guī)定：隔震結(jié)構(gòu)的抗震措施可按底部剪力比及相應(yīng)的抗震設(shè)防烈度確定。因此有必要對(duì)比兩個(gè)模型的樓層剪力對(duì)比，PKPM軟件文本結(jié)果可支持輸出子模型樓層剪力對(duì)比，整理如下表所示：
根據(jù) PKPM 提供的 ETABS 接口，直接將 PKPM 模型轉(zhuǎn)換為 ETABS 模型，通過(guò)內(nèi)置的框架梁 M3 塑性鉸、柱 P-M2-M3 纖維較、以及分層殼剪力墻 P-M3 纖維墻鉸的功能來(lái)模擬各類(lèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的非線性行為。為保證模型轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性，轉(zhuǎn)換后模型進(jìn)行自振周期、質(zhì)量的比對(duì)。通過(guò)結(jié)果可以看出基本一致，屬于工況可接受范圍之內(nèi)。一級(jí)建造師考試培訓(xùn)www.itk3.com
表9?結(jié)構(gòu)質(zhì)量對(duì)比
表10?結(jié)構(gòu)周期對(duì)比
根據(jù)《隔標(biāo)》4.1.3-3 條規(guī)定，每條地震加速度時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果的 65%，多條時(shí)程計(jì)算的結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的 80%。同時(shí)為了確保地震波選擇的嚴(yán)謹(jǐn)性，參照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2016)》第 5.1.2 條正文及條文說(shuō)明要求。本工程選取了實(shí)際 5 條強(qiáng)震記錄和 2 條人工模擬加速度時(shí)程，7 條時(shí)程曲線信息如下表 11 所示，7 條時(shí)程反應(yīng)譜和規(guī)范反應(yīng)譜曲線如下圖 6 所示，隔震前結(jié)構(gòu)的基底剪力對(duì)比結(jié)果分別如下表12 所示。咩票特價(jià)電影票www.miepiao.com共丟廢品回收網(wǎng)www.gongdiu.com設(shè)計(jì)學(xué)徒自學(xué)網(wǎng)www.sx1c.com
圖6 反應(yīng)譜及時(shí)程曲線
表12?隔震結(jié)構(gòu)基底剪力
根據(jù)《隔標(biāo)》4.5.2 條規(guī)定，罕遇地震下的上部結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系下須滿足 1/100 的要求。具體驗(yàn)算結(jié)果如下表所示，可以看出，滿足《隔標(biāo)》限值要求。
表13?彈塑性層間位移角
根據(jù)《隔標(biāo)》4.6.6 條規(guī)定，隔震支座在罕遇地震作用下隔震橡膠支座的水平位移限值不應(yīng)大于支座直徑的 0.55 倍和各層橡膠厚度之和 3.0 倍二者的較小值。本項(xiàng)目按上述限值計(jì)算為 min(275mm,279)=275mm(本工程采用隔震支座最小直徑為 500mm，即0.55×500=275;最小隔震支座橡膠層厚度 93mm，即 3*93=279mm)。罕遇地震下各支座的最大水平位移及罕遇地震作用下的彈塑性層間位移角如下表所示。
表14?罕遇地震下隔震支座最大位移
表15?罕遇地震下彈塑性層間位移角
根據(jù)《隔標(biāo)》6.2.1 條規(guī)定，對(duì)于重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)建筑，隔震橡膠支座在罕遇地震作用下豎向壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò) 25MPa，豎向拉應(yīng)力不應(yīng)超過(guò) 1MPa，條文說(shuō)明中對(duì)最大壓應(yīng)力和最小壓應(yīng)力的計(jì)算公式給出了建議:隔震支座拉應(yīng)力驗(yàn)算取 1.0×恒荷載-1.0×水平地震-0.5×豎向地震;壓應(yīng)力驗(yàn)算取 1.0×恒荷載+0.5×活荷載+1.0×水平地震+0.4×豎向地震。
通過(guò)計(jì)算分析得到時(shí)程下的各個(gè)支座拉壓應(yīng)力如下表所示，通過(guò)比較均滿足規(guī)范要求。
表16?罕遇地震下隔震支座拉、壓應(yīng)力
根據(jù)前述隔震結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能目標(biāo)設(shè)置要求，PKPM-GZ 能直接根據(jù)《隔標(biāo)》4.4 節(jié)及國(guó)內(nèi)其它規(guī)范要求，自動(dòng)完成不同工況內(nèi)力分析及內(nèi)力組合、內(nèi)力調(diào)整，基于設(shè)防地震水準(zhǔn)按關(guān)鍵構(gòu)件、普通豎向構(gòu)件及重要水平構(gòu)件、普通水平構(gòu)件抗彎、抗剪要求，完成構(gòu)件截面配筋驗(yàn)算。同時(shí)對(duì)于隔震層下部結(jié)構(gòu)設(shè)置區(qū)域性能目標(biāo)后，在考慮隔震層水平位移引起的附加彎矩基礎(chǔ)上，也能自動(dòng)完成中震隔震與大震隔震的包絡(luò)設(shè)計(jì)，一鍵查看計(jì)算書(shū)并批量導(dǎo)出 DWG 計(jì)算書(shū)，方便快捷。CAD軟件素材教程下載www.9npx.com四五設(shè)計(jì)網(wǎng)www.45te.com設(shè)計(jì)學(xué)徒自學(xué)網(wǎng)www.sx1c.com
圖7 隔震結(jié)構(gòu)施工圖計(jì)算書(shū)
軟件支持一鍵導(dǎo)出隔震專(zhuān)項(xiàng)審查報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容包含審查應(yīng)用主要內(nèi)容，如工程概況，設(shè)計(jì)依據(jù)的主要規(guī)范、隔震支座布置、偏心率驗(yàn)算、隔震與非隔震基底剪力對(duì)比等。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)減隔震標(biāo)準(zhǔn)、圖集、硬件支座及計(jì)算軟件的發(fā)展，將為我國(guó)減隔震技術(shù)的落地實(shí)施帶來(lái)直接的促進(jìn)作用。廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司海南分公司位于高烈度區(qū)海口市，很早就在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用減隔震技術(shù)。本次基于 PKPM-GZ 完成了滿足《條例》及《隔標(biāo)》設(shè)防要求的學(xué)校類(lèi)項(xiàng)目，希望通過(guò)本案例的分享，為行業(yè)減隔震技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)一定的幫助。由于本人水平有限，不足之處也歡迎大家留言批評(píng)指正，也歡迎大家在之后的減隔震工程項(xiàng)目中咨詢(xún)。
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