李玉龍，楊彥海，姜峰

（北京市弘都城市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院，北京100045）

1 引言

根據(jù)司法部《建設(shè)工程抗震管理?xiàng)l例（征求意見稿）》第2.15條規(guī)定：位于高烈度設(shè)防地區(qū)、地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)的新建學(xué)校、幼兒園、養(yǎng)老機(jī)構(gòu)、應(yīng)急指揮中心、應(yīng)急避難場(chǎng)所等公共建筑應(yīng)采用隔震減震技術(shù)，保證發(fā)生本地區(qū)設(shè)防地震時(shí)不喪失建筑功能【1】。

消能減震技術(shù)作為一種被動(dòng)減震技術(shù)，是將具有一定阻尼和剛度的結(jié)構(gòu)耗能構(gòu)建布置在建筑物合適的部位，一定程度地提高建筑物的阻尼與剛度，通過這些耗能構(gòu)件消耗輸入建筑的震動(dòng)能量，達(dá)到降低結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)、保護(hù)主體結(jié)構(gòu)安全的目標(biāo)。張兵【2】通過在建筑中布置減震器，分析發(fā)現(xiàn)，設(shè)置減震器可提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。本文以8度區(qū)某消防指揮中心一個(gè)結(jié)構(gòu)單元為工程實(shí)例，探討消能減震技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用。

2 工程概況

該消防指揮中心項(xiàng)目建筑面積34 300m2，依據(jù)GB 50223—2008《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》，該項(xiàng)目屬于重點(diǎn)設(shè)防類建筑【3】。本項(xiàng)目為乙類建筑，屬于地震中不可中斷使用的建筑，綜合選擇后該項(xiàng)目采用鋼框架結(jié)構(gòu)加屈曲約束支撐的結(jié)構(gòu)形式。該項(xiàng)目建筑南側(cè)地上8層、地下3層，北側(cè)地上7層、無地下室，東側(cè)裙房地上4層、地下3層，通過抗震縫將結(jié)構(gòu)劃分為合理的計(jì)算單元；建筑所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度（0.2g），地震分組為第二組，場(chǎng)地類別為Ⅲ類。

3 消能減震設(shè)計(jì)思路

根據(jù)GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016版）（以下簡(jiǎn)稱《抗規(guī)》）中結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定【4】，本工程消能減震設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：

1）當(dāng)多遇地震作用時(shí)，主體結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，同時(shí)建筑物內(nèi)部的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件沒有明顯損壞；當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇罕遇地震時(shí)，建筑物內(nèi)部設(shè)置的減震系統(tǒng)能正常發(fā)揮其預(yù)期的減震作用。

2）根據(jù)預(yù)期的水平地震力、位移控制要求等參數(shù)，估算結(jié)構(gòu)的附加剛度、附加阻尼、減震器的截面參數(shù)及數(shù)量并布置在合適的位置。

3）在結(jié)構(gòu)層間相對(duì)位移較大的樓層或相對(duì)速度較大的樓層合理布置屈曲約束支撐，合理設(shè)置屈曲約束支撐與主結(jié)構(gòu)之間的連接節(jié)點(diǎn)，提高支撐兩端相對(duì)變形的能力，增強(qiáng)屈曲約束支撐的耗能能力。

4）對(duì)于與屈曲約束支撐連接的消能子結(jié)構(gòu)梁、柱和墻等構(gòu)件，采用屈曲支撐在極限位移時(shí)的阻尼力對(duì)其截面進(jìn)行承載力設(shè)計(jì)。

5）對(duì)布置有減震器的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同地震作用下的彈性分析和彈塑性分析。

6）在罕遇地震作用下，應(yīng)保證支撐與主結(jié)構(gòu)之間的連接部件保持不屈的狀態(tài)。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 建筑結(jié)構(gòu)方案

本工程為鋼框架結(jié)構(gòu)加屈曲約束支撐結(jié)構(gòu)，通過SAP2000有限元軟件建立結(jié)構(gòu)減震與非減震分析2種模型進(jìn)行計(jì)算分析，建筑中布置的屈曲約束支撐采用SAP2000有限元軟件提供的連接單元plastic（wen）進(jìn)行模擬。結(jié)合建筑平面布置，遵循“均勻、分散、對(duì)稱”的原則布置屈曲約束支撐，布置位置詳見圖1，SAP2000計(jì)算模型詳見圖2。

圖1 屈曲約束支撐平面布置圖

圖2 SAP2000計(jì)算模型

4.2 結(jié)構(gòu)減震目標(biāo)與性能目標(biāo)

分析本工程的特點(diǎn)及重要程度，參考相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，確定在多遇地震和罕遇地震作用下本工程的消能減震目標(biāo)（見表1），以及具體性能目標(biāo)與設(shè)計(jì)方法（見表2）。

表1 本工程的消能減震目標(biāo)

表2 結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計(jì)目標(biāo)及方法

4.3 地震波的選取

根據(jù)《抗規(guī)》5.1.2條的規(guī)定，選取7條地震加速度時(shí)程曲線對(duì)本工程進(jìn)行彈性時(shí)程分析時(shí)，時(shí)程分析所得的結(jié)構(gòu)基底剪力與反應(yīng)譜法所得的基底剪力對(duì)比詳表3，從表中的計(jì)算結(jié)果可以看出，時(shí)程分析所得的基底剪力與反應(yīng)譜法計(jì)算的基地剪力的比值均在65%～135%，時(shí)程分析所得的基底剪力平均值大于反應(yīng)譜法計(jì)算基底剪力的80%，所以時(shí)程分析所選取的地震波符合規(guī)范要求。

表3 反應(yīng)譜與時(shí)程工況的基底剪力對(duì)比

SAP2000有限元軟件中快速非線性分析（FNA）方法對(duì)結(jié)構(gòu)彈性時(shí)稱分析時(shí)，主結(jié)構(gòu)本身處于彈性工作狀態(tài)，屈曲約束支撐處于非線性工作狀態(tài)。計(jì)算所得的減震結(jié)構(gòu)與非減震結(jié)構(gòu)樓層剪力詳見圖3、圖4?？梢钥闯觯黾訙p震器后，樓層剪力較未布置減震器時(shí)減小，且樓層剪力變化相對(duì)均勻，沒有明顯的薄弱層，說明布置減震器后，結(jié)構(gòu)的抗震性能提高。

圖3 減震結(jié)構(gòu)樓層剪力圖

圖4 非減震結(jié)構(gòu)樓層剪力圖

圖5為減震結(jié)構(gòu)時(shí)程分析與反應(yīng)譜分析所得的結(jié)構(gòu)位移角，從圖中可以看出，反應(yīng)譜分析所得的結(jié)構(gòu)位移與時(shí)程分析所得的基本一致，且均滿足規(guī)范要求，所以，反應(yīng)譜分析的結(jié)果滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。

圖5 減震結(jié)構(gòu)位移圖

5 結(jié)語

該消防指揮中心的結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)中采用了約束屈曲支撐耗能減震裝置。結(jié)構(gòu)的彈性時(shí)程分析結(jié)果表明，屈曲約束支撐發(fā)揮了良好的消能減震作用，結(jié)構(gòu)的減震性能得到了顯著提高，通過反應(yīng)譜法計(jì)算所得的樓層剪力、層間位移角與時(shí)程分析所得的相應(yīng)結(jié)果相符，按反應(yīng)譜法所得的層剪力及構(gòu)件內(nèi)力能夠滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。