山西省晉中學(xué)院某教學(xué)綜合樓隔震設(shè)計案例

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所屬分類:減隔震百科

本工程為山西省晉中學(xué)院一新建綜合樓,總建筑面積29037.2㎡。地下一層,地上5層。首層層高6.0m,二、三層層高5.0m,四層層高為5.05m,五層(機(jī)房層)樓層層高為3.6m,建筑高度為24.9m。本工程結(jié)構(gòu)體系采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),設(shè)計使用年限50年,安全等級一級,重點(diǎn)設(shè)防類(乙類),抗震設(shè)防烈度為8度,設(shè)計基本地震加速度峰值為0.20g,場地類別為Ⅲ類場地,設(shè)計地震分組為第二組,場地特征周期為0.55s,基本風(fēng)壓(50年一遇)為0. 45kN/㎡。

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圖1 綜合樓結(jié)構(gòu)模型

綜合樓采用普通與鉛芯疊層橡膠支座進(jìn)行隔震設(shè)計,隔震層位于地下室頂,包括下肢墩、隔震支座與上支墩,隔震層高2.10m,梁底凈高0.95m,如圖2所示:

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圖2?樓層組裝信息

技術(shù)條件

2.1 設(shè)計主要依據(jù)和資料

本工程隔震設(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(biāo)準(zhǔn)》(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(biāo)準(zhǔn)》(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、《混凝土結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》(GB55008-2021) ;

11、《建設(shè)工程抗震管理?xiàng)l例》;

12、《建筑隔震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 51408-2020)

2.2 隔震設(shè)計思路

本工程采用PKPM2024版V2系列結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行隔震結(jié)構(gòu)的建模與分析設(shè)計。根據(jù)《建筑隔震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》采用整體設(shè)計方法,對隔震結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)、隔震層與下部結(jié)構(gòu)采用一體化建模進(jìn)行整體分析。首先確定隔震目標(biāo),依據(jù)《隔標(biāo)》6.1.3條,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,本工程將隔震結(jié)構(gòu)底部剪力比控制在0.5以下,上部結(jié)構(gòu)按本地區(qū)設(shè)防烈度降低1度即7度確定抗震措施。手機(jī)游戲下載www.diuta.com

為滿足隔震建筑的基本設(shè)防目標(biāo),需選取合理的隔震支座布置方案,隔震設(shè)計要同時滿足以下要求:

1)設(shè)置隔震結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能目標(biāo),滿足性能設(shè)計的要求(《隔標(biāo)》4.4.5),指定隔震層支墩、支柱及相連構(gòu)件,滿足罕遇地震作用下承載力驗(yàn)算要求(《隔標(biāo)》4.7.2);

2)隔震結(jié)構(gòu)上、下部結(jié)構(gòu)分別滿足設(shè)防、罕遇和極罕遇地震下的變形驗(yàn)算要求(本工程為重點(diǎn)設(shè)防類,無需考慮極罕遇地震作用下的變形驗(yàn)算)(《隔標(biāo)》4.5.1~3、4.7.3);

3)驗(yàn)算隔震支座的偏心率、恢復(fù)力、拉應(yīng)力和壓應(yīng)力、罕遇地震作用下的支座位移、隔震層的抗風(fēng)承載力和結(jié)構(gòu)整體抗傾覆驗(yàn)算等是否滿足規(guī)范要求(《隔標(biāo)》4.6.1~9);

隔震設(shè)計

3.1 分析模型和設(shè)計計算參數(shù)建立一體化整體隔震分析模型后,需對隔震信息進(jìn)行定義。本工程整體規(guī)則且高度小于60m,依據(jù)《隔標(biāo)》4.1.3-2、3條,采用復(fù)振型分解反應(yīng)譜法結(jié)合迭代計算的方法進(jìn)行隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計,無需采用時程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計算。本工程隔震參數(shù)設(shè)置如下:

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圖3?隔震信息參數(shù)設(shè)置3.2 隔震支座布置與構(gòu)件性能目標(biāo)指定本工程采用普通與鉛芯疊層橡膠支座,主要力學(xué)性能參數(shù)見表1,隔震支座平面布置詳圖4,其中鉛芯橡膠隔震支座LRB)主要布置在結(jié)構(gòu)周邊水平位移及內(nèi)力較大的部位,普通疊層橡膠支座主要布置在結(jié)構(gòu)中部。構(gòu)件性能目標(biāo)及隔震層區(qū)域構(gòu)件的指定如圖5所示。
表1?隔震支座力學(xué)性能參數(shù)
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圖4?隔震支座平面布置圖
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圖5 隔震層區(qū)域構(gòu)件、性能目標(biāo)指定

結(jié)構(gòu)動力特性分析

4.1 周期

表2 隔震前后周期對比

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設(shè)防地震作用下,隔震結(jié)構(gòu)與非隔震結(jié)構(gòu)的周期對比詳表2,《疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程》規(guī)定:隔震房屋兩個方向的基本周期相差不宜超過較小值的30%。由表2可知,采用隔震技術(shù)后,結(jié)構(gòu)的周期明顯延長,且滿足規(guī)范要求。設(shè)計學(xué)徒自學(xué)網(wǎng)www.sx1c.com

4.2 底部剪力比

表3 非隔震與隔震結(jié)構(gòu)層間剪力及層間剪力比
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按《隔標(biāo)》2.1.13條規(guī)定,底部剪力比為設(shè)防地震作用下結(jié)構(gòu)隔震后與隔震前上部結(jié)構(gòu)底部剪力之比值。由表3可知隔震層以上結(jié)構(gòu)隔震前后底部剪力比的最大值為0.35,根據(jù)《隔標(biāo)》第6.1.3條,底部剪力比小于0.5時,上部結(jié)構(gòu)按本地區(qū)設(shè)防烈度減小一度后確定抗震構(gòu)造措施。

4.3 設(shè)防及罕遇地震下結(jié)構(gòu)層間位移角

表4-1 設(shè)防地震結(jié)構(gòu)彈性層間位移角結(jié)果
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表4-2 罕遇地震結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角結(jié)果
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本工程設(shè)防地震下結(jié)構(gòu)彈性層間位移角與罕遇地震下結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角結(jié)果如表4-1及表4-2所示,二者均能滿足《隔標(biāo)》層間位移角限值的要求。

4.4 隔震層偏心率

表5隔震層偏心率
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由上表可知,設(shè)防地震下隔震層偏心率滿足《隔標(biāo)》4.6.2-4的要求。
4.5 隔震層抗風(fēng)驗(yàn)算隔震層必須具備足夠的屈服前剛度和屈服承載力,以滿足微振動和風(fēng)荷載作用下的要求。《隔標(biāo)》第4.6.8條規(guī)定抗風(fēng)承載力應(yīng)符合下式規(guī)定:
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即1.5=2086.1<9017.8KN,滿足要求;《抗規(guī)》規(guī)定:采用隔震的結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載和其他非地震作用的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的總水平力不宜超過結(jié)構(gòu)總重力的10%。本結(jié)構(gòu)總重力荷載代表值為519818.6 KN,其10%大于風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平力1390.7 KN,滿足規(guī)范要求。

4.6 隔震層抗傾覆驗(yàn)算

表6 罕遇地震隔震層抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果
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根據(jù)《隔標(biāo)》第4.6.9-2條規(guī)定,隔震結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行罕遇地震作用下的抗傾覆驗(yàn)算,如表6所示,隔震層抗傾覆力矩與罕遇地震下傾覆力矩之比滿足不小于1.1倍要求。軟件分析結(jié)果可詳模型目錄下ISOLATE_RQFL_VLDT.OUT文件。

4.7 隔震層恢復(fù)力和屈服力驗(yàn)算

表7 隔震支座恢復(fù)力和屈服力驗(yàn)算結(jié)果
山西省晉中學(xué)院某教學(xué)綜合樓隔震設(shè)計案例根據(jù)《隔標(biāo)》第4.6.1-4條規(guī)定,隔震層在罕遇地震作用下的水平最大位移所對應(yīng)的恢復(fù)力,不宜小于隔震層屈服力與摩阻力之和的 1.2倍。如表7所示,隔震支座恢復(fù)力和屈服力驗(yàn)算結(jié)果可滿足規(guī)范要求。軟件分析結(jié)果可詳模型目錄下ISOLATE_QRQY_VLDT.OUT文件。4.8 隔震支座驗(yàn)算隔震支座的壓、拉應(yīng)力滿足《隔標(biāo)》4.6.3-1、6.2.1的要求,水平位移滿足《隔標(biāo)》4.6.6-1 的要求。圖6為部分隔震支座拉壓應(yīng)力及位移驗(yàn)算結(jié)果,其中T1為重力荷載代表值下的支座壓應(yīng)力,T2為大震下支座的壓應(yīng)力,T3為大震下支座的拉應(yīng)力,T4為大震下隔震支座的水平位移。
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圖6 隔震支座驗(yàn)算結(jié)果
4.9 配筋結(jié)果及施工圖如圖7示意,PKPM-GZ可以在一個主模型內(nèi)實(shí)現(xiàn)中震隔震模型、大震隔震模型的配筋包絡(luò)設(shè)計,此時需要從主模型下進(jìn)入施工圖模塊進(jìn)行施工圖繪制。
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圖7 配筋結(jié)果查看

結(jié)論

本工程使用PKPM隔震軟件分析了隔震結(jié)構(gòu)在設(shè)防地震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)非隔震結(jié)構(gòu)的自振周期為1.215,隔震結(jié)構(gòu)的自震周期為3.424,基本周期延長了2.82倍,有效的減小了地震作用對上部結(jié)構(gòu)的影響。2)隔震支座拉、壓應(yīng)力及水平位移均未超過乙類建筑的要求,滿足規(guī)范要求。3)隔震層滿足偏心率、抗風(fēng)驗(yàn)算、抗傾覆驗(yàn)算、恢復(fù)力驗(yàn)算要求。4)隔震結(jié)構(gòu)前兩階周期以隔震層的平動為主,兩階周期相差小于較小值的30%,滿足規(guī)范規(guī)定。

5)隔震結(jié)構(gòu)兩主要方向的剪力比最大值為0.35,據(jù)《隔標(biāo)》第6.1.3-2條,隔震結(jié)構(gòu)底部剪力比不大于0.5時,上部結(jié)構(gòu)可按本地區(qū)設(shè)防烈度降低1度確定抗震措施。

6)隔震結(jié)構(gòu)在設(shè)防及罕遇地震作用下的變形滿足規(guī)范要求。

7)隔震結(jié)構(gòu)在設(shè)防及罕遇地震作用下,結(jié)構(gòu)構(gòu)件滿足抗震性能目標(biāo),隔震層在罕遇地震下的位移未超過規(guī)范規(guī)定的限值。

供稿丨孫毅? ?審稿丨劉孝國、黃怡萍、李斌編輯丨王蕊? ?責(zé)編丨張躍飛

內(nèi)容來源:結(jié)構(gòu)先聲

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