張兵

（中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京100013）

1 工程概況

某學(xué)校教學(xué)樓項(xiàng)目建筑面積12 170.32m2，為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類），采用減震設(shè)計(jì)?？拐鹪O(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g，地震分組為第三組，場(chǎng)地類別為Ⅲ類。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為一級(jí)。

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本工程采用減震設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)?；A(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，成樁直徑500mm，樁端持力層為黏土層，極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為2200kPa。經(jīng)分析計(jì)算，地基承載力及沉降嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范要求計(jì)算，結(jié)果顯示，基礎(chǔ)沉降變形滿足規(guī)范要求。

3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

教學(xué)樓上部結(jié)構(gòu)7層，1層地下室，建筑屋面高度27.90m，平面不規(guī)則，劃分為1個(gè)抗震單元，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，局部增設(shè)剪切型金屬抗震阻尼器，采用減震技術(shù)。上部框架抗震等級(jí)為一級(jí)，采取比一級(jí)更有效的抗震構(gòu)造措施。上部結(jié)構(gòu)用SAP2000進(jìn)行多遇地震下的復(fù)核與彈性時(shí)程分析。

4 減震設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)原則

本工程主要遵循以下設(shè)計(jì)原則：

1）本工程減震設(shè)計(jì)的要求為：在多遇地震的作用下，其建筑結(jié)構(gòu)須完全保持彈性，且非結(jié)構(gòu)構(gòu)件無(wú)明顯損壞；在罕遇地震的作用下，其消能減震器系統(tǒng)的功能仍能正常發(fā)揮[1]。

2）本工程減震設(shè)計(jì)主要依據(jù)預(yù)期的水平向地震力和位移控制要求及耗能等參數(shù)，估算出減震結(jié)構(gòu)所需附加剛度和附加阻尼比，據(jù)此選擇合適的消能減震器型號(hào)，并配置在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

3）阻尼器通常配置在層間相對(duì)位移或相對(duì)速度較大的樓層，同時(shí)采用合理的連接形式增加消能減震器兩端的相對(duì)變形或相對(duì)速度，提高消能減震器的減震效率。

4）消能子結(jié)構(gòu)梁、柱和墻截面的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮消能阻尼器在極限位移或極限速度下的阻尼力作用[2]。

5）對(duì)含消能阻尼器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析，包含各個(gè)不同地震作用下結(jié)構(gòu)的彈性分析及彈塑性分析。

6）消能阻尼器與主結(jié)構(gòu)之間的連接部件需適當(dāng)設(shè)計(jì)，使其在罕遇地震的作用下仍維持彈性或不屈狀態(tài)[3]。

4.2 設(shè)計(jì)方案

消能減震結(jié)構(gòu)主要是通過(guò)設(shè)置消能減震裝置控制結(jié)構(gòu)在不同烈度地震作用下的預(yù)期變形，從而達(dá)到不同等級(jí)的抗震設(shè)防目標(biāo)。結(jié)合建筑平面設(shè)置金屬阻尼器，連接形式為墻式，樓層平面內(nèi)的布置遵循“均勻、分散、對(duì)稱”的原則，如圖1所示。

圖1 阻尼器典型布置

4.3 減震目標(biāo)和性能目標(biāo)

本工程在多遇地震和罕遇地震作用下的減震目標(biāo)以及與懸臂墻型剪切阻尼器相連構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的性能目標(biāo)及其設(shè)計(jì)方法如表1所示。

表1 不同構(gòu)件的性能目標(biāo)

4.4 減震結(jié)構(gòu)彈性時(shí)程分析

本工程是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，使用大型有限元分析軟件SAP2000建立減震結(jié)構(gòu)模型，并進(jìn)行計(jì)算與分析，如圖2所示。SAP2000軟件具有方便靈活的建模、模擬功能和強(qiáng)大的線性和非線性分析功能。在SAP2000中，使用連接單元plastic[Wen]模擬懸臂墻型剪切阻尼器。本結(jié)構(gòu)模型依據(jù)YJK建模得到。

選取了實(shí)際5條強(qiáng)震記錄（T1～T5）和2條人工模擬加速度時(shí)程曲線（R1，R2），并且在統(tǒng)計(jì)意義上相符。其加速度時(shí)程曲線如圖3所示。

圖2 分析模型

圖3 7條地震波的加速度時(shí)程曲線

圖中，橫坐標(biāo)為時(shí)間，s；縱坐標(biāo)為地震波的加速度，m/s2。

分析所得的結(jié)構(gòu)位移及內(nèi)力曲線如圖4所示。

圖4 結(jié)構(gòu)位移及內(nèi)力曲線

結(jié)構(gòu)顯示，時(shí)程分析樓層剪力平均值均小于反應(yīng)譜分析的樓層剪力，按反應(yīng)譜設(shè)計(jì)的樓層剪力進(jìn)行設(shè)計(jì)即可。

5 結(jié)語(yǔ)

本教學(xué)樓的結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)中采用了金屬阻尼器耗能減震裝置。結(jié)構(gòu)的彈性時(shí)程分析結(jié)果表明，金屬阻尼器發(fā)揮了良好的消能減震作用，結(jié)構(gòu)的抗震性能得到了顯著提高。經(jīng)計(jì)算表明，樓層剪力平均值均小于反應(yīng)譜分析的樓層剪力，按反應(yīng)譜設(shè)計(jì)的樓層剪力進(jìn)行設(shè)計(jì)滿足要求。