王亮， 張?zhí)旖?jīng)， 李鵬飛， 趙航， 李運(yùn)剛

（1.信陽(yáng)市裝配式建筑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 信陽(yáng) 464000；2.信陽(yáng)學(xué)院土木工程學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000；3.天津市農(nóng)村社會(huì)事業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，天津 300384；4.信陽(yáng)市建筑勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 信陽(yáng) 464000）

0 引言

隨著我國(guó)大力推廣應(yīng)用裝配式建筑，建筑工業(yè)化、模塊化生產(chǎn)得到有力發(fā)展。然而我國(guó)較多城市處于8度以上設(shè)防烈度區(qū)，嚴(yán)峻的地震設(shè)計(jì)環(huán)境為裝配式結(jié)構(gòu)體系推廣應(yīng)用帶來(lái)了挑戰(zhàn)[1]。眾多研究表明，裝配式框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能較現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)明顯降低，地震作用下節(jié)點(diǎn)區(qū)域易出現(xiàn)塑性變形，影響建筑功能使用和結(jié)構(gòu)安全[2,3]?；A(chǔ)隔震技術(shù)將隔震裝置設(shè)置在上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間，能夠延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)周期以降低上部結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)[4]。王維等[5]對(duì)預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)并采用振動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證，得到隔震后層加速度、剪力顯著減小的結(jié)論；黃敦堅(jiān)等[6]針對(duì)模塊化結(jié)構(gòu)進(jìn)行層間隔震設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)參數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)隔震層位移上移對(duì)隔震效果有削弱現(xiàn)象；曾雪涵等[7]對(duì)多層裝配式框架基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)進(jìn)行了分析，得出隔震能夠使上部結(jié)構(gòu)保持在彈性范圍內(nèi)的結(jié)論；何斌[8]對(duì)多種結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了隔震性能比選，優(yōu)化了隔震層位置造型；劉輝龍等[9]基于有限元分析了低層裝配式民居的抗震性能，指出門窗墻體削弱處在地震下易損傷的特點(diǎn)。研究結(jié)合某五層裝配式框架辦公樓，基于剛度、強(qiáng)度折減原理建立有限元分析模型，對(duì)罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的抗震響應(yīng)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，裝配式框架結(jié)構(gòu)抗震能力弱于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，隔震后結(jié)構(gòu)層加速度、層剪力均明顯降低，水平位移主要集中在隔震層，基礎(chǔ)隔震裝配式結(jié)構(gòu)具備較好抗震效果。

1 工程概況

某裝配式框架辦公樓共5層，層高均為3.3m。抗震設(shè)防烈度為8度（設(shè)防地震0.2g，罕遇地震0.4g），設(shè)計(jì)地震分組為第II組，場(chǎng)地類別III類，場(chǎng)地特征周期0.55s。結(jié)構(gòu)長(zhǎng)30m、寬12m，預(yù)制柱為650mm×650mm，預(yù)制梁300mm×700mm，板厚120mm，恒載3.5kN/m2，活載2.0kN/m2。計(jì)算模型如圖1所示，文獻(xiàn)[10]研究成果，裝配式結(jié)構(gòu)剛度折減系數(shù)取0.8、強(qiáng)度折減系數(shù)取0.9。

圖1 有限元分析模型

選用EL-centro（EL）、Bigbear（BIG）、人工波（REN）3條地震動(dòng)進(jìn)行設(shè)防烈度下時(shí)程分析，由圖2反應(yīng)譜對(duì)比曲線可見3條波高頻段包絡(luò)反應(yīng)譜,滿足抗震規(guī)范選波要求。

圖2 地震反應(yīng)譜對(duì)比

2 隔震方案設(shè)計(jì)

隔震支座設(shè)置在原結(jié)構(gòu)柱底，鉛芯橡膠支座（LRB）布置在角柱、邊柱下以提高抗扭和耗能能力，橡膠支座（NRB）布置在內(nèi)柱底以充分變形和提供恢復(fù)力。支座布設(shè)方案見圖3、支座類型與支座力學(xué)參數(shù)見表1。

圖3 水平隔震支座布置

表1 水平隔震支座力學(xué)參數(shù)

3 抗震性能分析

為便于抗震性能對(duì)比分析，利用SAP2000有限元分析軟件建立現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)（RC），裝配式框架結(jié)構(gòu)（PRC），隔震裝配式框架結(jié)構(gòu)（IS0PRC）三類結(jié)構(gòu)模型，分別對(duì)模態(tài)、加速度、層剪力、層位移、頂層譜響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比研究。

3.1 模態(tài)分析

表2為3類結(jié)構(gòu)在罕遇地震下模態(tài)信息表，由表可得PRC結(jié)構(gòu)較RC結(jié)構(gòu)周期稍有延長(zhǎng)，表明其抗側(cè)剛度弱于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。ISOPRC結(jié)構(gòu)周期較RC、PRC結(jié)構(gòu)均有明顯延長(zhǎng)，能夠避開場(chǎng)地特征周期。

表2 模態(tài)信息

3.2 抗震效果分析

圖4為3條地震波罕遇地震（0.4g）作用下的X向?qū)蛹铀俣确逯蛋j(luò)圖，結(jié)果顯示PRC結(jié)構(gòu)層加速度與RC結(jié)構(gòu)加速度相比稍有降低，但I(xiàn)SOPRC結(jié)構(gòu)層加速度明顯小于另兩類結(jié)構(gòu)。ISOPRC結(jié)構(gòu)隔震層的設(shè)置，使輸入到上部的加速度減小至1/3，表明隔震有效降低上部加速度響應(yīng)，降低裝配式節(jié)點(diǎn)塑性變形出現(xiàn)概率。

圖4 X向?qū)蛹铀俣确逯?/p>

圖5為3條地震波罕遇地震作用下的X向樓層位移峰值曲線隨高度變化，結(jié)果顯示RC、PRC結(jié)構(gòu)層位移峰值隨高度增加呈放大趨勢(shì)，而ISOPRC結(jié)構(gòu)水平變形則集中在隔震層內(nèi)，上部結(jié)構(gòu)接近平動(dòng)，有效避免裝配式節(jié)點(diǎn)因?qū)觾?nèi)相對(duì)位移而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)破壞，這與圖4表述現(xiàn)象相符。ISOPRC結(jié)構(gòu)隔震層位移平均達(dá)145mm，需在房屋周邊設(shè)置足夠防撞間隙。

圖5 X向?qū)游灰品逯祵?duì)比

圖6結(jié)果顯示，PRC結(jié)構(gòu)與RC結(jié)構(gòu)頂層加速度譜值、卓越周期幾乎保持一致，而ISOPRC結(jié)構(gòu)反應(yīng)譜峰值明顯降低，且峰值周期由低周段向高周段移動(dòng)。0.4g輸入下ISOPRC結(jié)構(gòu)低周段譜曲線均包絡(luò)在RC、PRC譜內(nèi)，表明隔震方案對(duì)上部結(jié)構(gòu)的減震效果顯著。但在長(zhǎng)周期段，ISOPRC結(jié)構(gòu)譜明顯高于RC、PRC結(jié)構(gòu)，表明隔震結(jié)構(gòu)長(zhǎng)周期段加速度響應(yīng)有放大現(xiàn)象。

圖6 X向?qū)蛹袅Ψ逯祵?duì)比

圖7為EL波罕遇地震下X向底層加速度時(shí)程曲線對(duì)比，結(jié)果顯示ISOPRC結(jié)構(gòu)底層加速度時(shí)程包絡(luò)在RC、PRC時(shí)程內(nèi)，PRC結(jié)構(gòu)底層加速度時(shí)程與RC結(jié)構(gòu)時(shí)程基本一致。

圖7 底層加速度時(shí)程曲線

圖8可知，地震作用下LRB支座滯回環(huán)飽滿，形狀保持穩(wěn)定。表明ISOPRC結(jié)構(gòu)中隔震層鉛芯能夠提供初始啟動(dòng)力，并且耗能能力穩(wěn)定，可以有效減小上部裝配式框架體系的變形耗能，使結(jié)構(gòu)保有充足的安全裕度。

圖8 LRB支座滯回曲線

4 結(jié)語(yǔ)

研究結(jié)合某5層裝配式框架隔震辦公樓，基于力學(xué)性能折減原理建立有限元分析模型，對(duì)罕遇地震下結(jié)構(gòu)的抗震響應(yīng)進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：

（1） 設(shè)置隔震層的裝配式框架結(jié)構(gòu)，其自振周期較裝配式框架結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系有顯著延長(zhǎng)，能夠避開場(chǎng)地特征周期。

（2） 地震動(dòng)時(shí)程罕遇地震作用下，設(shè)置隔震層裝配式框架結(jié)構(gòu)水平位移主要集中在隔震層內(nèi)，上部結(jié)構(gòu)保持平動(dòng)，其層加速度較裝配式結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)減小，通過(guò)隔震層輸入到上部結(jié)構(gòu)的加速度僅為未隔震的1/3。

（3） 頂層加速度反應(yīng)譜曲線對(duì)比發(fā)現(xiàn)，設(shè)置隔震層的裝配式框架結(jié)構(gòu)在低周段內(nèi)其譜包絡(luò)在現(xiàn)澆、裝配式結(jié)構(gòu)頂層反應(yīng)譜內(nèi)，且譜卓越周期由低周區(qū)向高周區(qū)移動(dòng)；地震動(dòng)作用下，隔震裝置滯回曲線飽滿、出力良好，起到較好的耗能作用。隔震技術(shù)應(yīng)用于裝配式框架結(jié)構(gòu)能夠起到提升其抗震能力的效果。