摘要：本項目為成都市某幼兒園項目。首先根據(jù)減震目標通過非線性時程分析獲得附加有效阻尼比，然后采用振型分解反應(yīng)譜法進行中震彈性、不屈服計算，并對結(jié)構(gòu)進行彈性時程分析和動力彈塑性時程分析。結(jié)果表明結(jié)構(gòu)滿足制定的減震目標，在設(shè)防地震下能夠滿足正常使用的要求。

關(guān)鍵詞：設(shè)防地震； 性能目標； 阻尼比； 消能器； 減震分析

中圖分類號：TU352.1文獻標志碼：A

1項目概況

本項目為成都市某幼兒園項目，通過抗震縫將建筑分為3棟獨立混凝土框架結(jié)構(gòu)，局部有1層地下室，地上為4層，地下室底板頂標高為-5.250 m，地面以上各層層高均為3.9 m，地面以上房屋高度為15.70 m。地下使用功能主要為車庫及人防，地上房屋使用功能為教室、辦公室、多功能活動室等相關(guān)教學(xué)用房等，設(shè)計使用年限50年（圖1）。結(jié)構(gòu)單元劃分及典型平面布置如圖1所示。根據(jù)《建設(shè)工程抗震管理條例》［3］和四川省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳“關(guān)于認真貫徹落實《建設(shè)工程抗震管理條例》的通知”，結(jié)合項目特點，本項目采用墻式粘滯消能器減震技術(shù)，保證結(jié)構(gòu)在設(shè)防地震下能夠滿足正常使用的要求，并提高抗震性能。

2減震目標

根據(jù)《建設(shè)工程抗震抗震管理條例》實施意見，結(jié)構(gòu)減震目標分為兩個部分，一部分為對結(jié)構(gòu)的層間位移值的要求，一部分為構(gòu)件的性能設(shè)計。結(jié)構(gòu)在設(shè)防地震和罕遇地震下的層間位移角減震目標如表1所示。

按照GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱為《抗規(guī)》）附錄M對本項目進行抗震性能化設(shè)計，本結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵構(gòu)件、普通豎向構(gòu)件、普通水平構(gòu)件的定義及其在各階段的要求見表2。

3設(shè)防地震作用下減震分析

設(shè)防地震作用下，采用兩個模型進行分析，模型一為考慮附加阻尼，不考慮消能器，采用振型分解反應(yīng)譜法（等效彈性方法）進行分析，振型分解反應(yīng)譜法采用 SATWE 程序進行分析，用等效彈性方法計算各構(gòu)件內(nèi)力，并遵照《抗規(guī)》附錄 M 相應(yīng)要求驗算構(gòu)件強度，考察其是否能達到預(yù)期的性能目標［1］；模型二為不考慮附加阻尼，取結(jié)構(gòu)本身的阻尼0.05，考慮粘滯消能器的非線性作用，進行非線性時程分析和動力彈塑性時程分析。

3.1設(shè)防地震下時程分析結(jié)果

結(jié)構(gòu)的基底剪力如表3～表5所示，剪力與CQC的比值為2.11～2.32倍之間，CQC結(jié)果是未考慮消能阻尼器的結(jié)果，證明結(jié)構(gòu)減震效果較好。

3.2附加有效阻尼比的計算

本項目采用多種計算方法計算結(jié)構(gòu)的附加阻尼比。

（1）采用SATWE軟件，采用CQC振型分解反應(yīng)譜法進行分析，結(jié)構(gòu)阻尼比通過迭代計算結(jié)構(gòu)附加阻尼比。

（2）采用SAUSAGE軟件，采用FNA法進行時程分析，通過規(guī)范算法，獲得結(jié)構(gòu)的附加阻尼比。

（3）采用SAUSAGE軟件，采用FNA法進行時程分析，通過能量曲線對比法，獲得結(jié)構(gòu)的附加阻尼比。提取數(shù)據(jù)三種計算方法的附加阻尼比如下表所示，實際計算時附加阻尼比

偏于保守，取其中最小值作為計算的附加阻尼比。實際附加阻尼器取三者計算值的較小值，并考慮消能器性能偏差，連接安裝缺陷的不利影響，實際取值按計算值的90%計算，且附加給結(jié)構(gòu)的有效阻尼比小于25%（表6）。

3.3附加阻尼下結(jié)構(gòu)的對比分析

結(jié)構(gòu)采用兩個模型，一個模型為直接輸入附加阻尼（不考慮粘滯消能器）進行結(jié)構(gòu)的振型反應(yīng)譜分析計算，一個為直接考慮粘滯消能器的非線性的時程分析，時程分析的結(jié)果取為7條地震波的平均值。兩者的樓層剪力對比如圖2～圖4所示，從圖中可以看出，采用附加阻尼的層間剪力均比采用非線性時程分析的層間剪力大，證明附加阻尼取值合理，結(jié)構(gòu)偏于安全。B區(qū)在構(gòu)架層存在存在剪力略小于時程結(jié)果的情況，但相差較小，在10%以內(nèi)。在計算時對該層的地震剪力直接放大1.2倍。

3.4設(shè)防地震等效彈性下的參數(shù)取值

設(shè)防地震作用下，采用振型分解反應(yīng)譜法（等效彈性方法）進行分析（表7）。振型分解反應(yīng)譜法采用SATWE程序進行分析，用等效彈性方法計算各構(gòu)件內(nèi)力，并按照《抗規(guī)》M1.2-2，M1.2-3的相應(yīng)要求驗算構(gòu)件，考察其是否能達到預(yù)期的性能目標［1］。

3.5設(shè)防地震下的計算結(jié)果

設(shè)防地震下整體模型計算結(jié)果見表8～表10。

從表8～表10可以看出，單個結(jié)構(gòu)單元的位移角均小于1/400，滿足設(shè)防地震下正常使用的要求，結(jié)構(gòu)的剪重比值合理，結(jié)構(gòu)抗傾覆系數(shù)遠大于1.5，具有較大的安全儲備。

在“中震彈性”下進行關(guān)鍵構(gòu)件的抗震截面承載力及配筋計算；圖5為底層柱（關(guān)鍵構(gòu)件）的配筋圖，從圖中可以看出，雖然配筋較多遇地震下大較多，但是基本在合理的范圍內(nèi)，均未出現(xiàn)超配筋情況。證明關(guān)鍵構(gòu)件可以滿足“中震彈性”及《抗規(guī)》附錄M中性能2的水準要求，滿足設(shè)防地震下的正常使用要求。在“中震不屈服”下進行普通豎向構(gòu)件、普通水平構(gòu)件的抗震截面承載力及配筋計算；圖6為二層梁柱的配筋圖，從圖6中可以看出，雖然配筋較多遇地震下大較多，但是基本在合理的范圍內(nèi)，均未出現(xiàn)超配筋情況。證明普通豎向構(gòu)件、普通水平構(gòu)件可以滿足“中震不屈服”及《抗規(guī)》附錄M中性能3的水準要求，滿足設(shè)防地震下的正常使用要求。

3.6設(shè)防地震下的動力彈塑性時程分析

從原來的7條地震波中選取三條地震波進行考慮動力彈塑性時程分析，地震波組對應(yīng)的最大結(jié)構(gòu)層間位移角如表11所示。該位移角滿足層間彈塑性位移角限值1/400的要求。

結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件及消能子結(jié)構(gòu)的性能水準均在輕微損壞，其他豎向構(gòu)件僅為為輕度損壞。輕微損壞并不是構(gòu)件發(fā)生了損壞，而是軟件設(shè)定有一點損傷即認為發(fā)生了損壞，圖7

3.7設(shè)防地震下消能器耗能分析

表12、表13為結(jié)構(gòu)三個單元在動力彈塑性分析中的耗能分析，在設(shè)防地震作用下消能器與地震總輸入能量的比值均大于20%，證明結(jié)構(gòu)消能器減震效果明顯，有效地減小了結(jié)構(gòu)的地震作用，提高了結(jié)構(gòu)抗震性能。

4結(jié)論

本文選用SATWE軟件采用振型分解反應(yīng)譜法進行中震彈性、不屈服計算，結(jié)合《抗規(guī)》M1.2-2，M1.2-3的相應(yīng)要求驗算構(gòu)件，考察其是否能達到預(yù)期的性能目標，進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能計算分析［1］。并采用SAUSAGE軟件進行結(jié)構(gòu)彈性時程分析和動力彈塑性時程分析，得出結(jié)論：

（1）結(jié)構(gòu)各個單元在設(shè)防地震下的等效彈性和動力彈塑性位移角均小于1/400，滿足設(shè)防地震下正常使用的要求。

（2）結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵豎向構(gòu)件能滿足“中震彈性的要求”，滿足《抗規(guī)》公式M1.2-2的要求，滿足抗規(guī)附錄M中性能2的要求。

（3）結(jié)構(gòu)的普通豎向構(gòu)件，水平構(gòu)件能滿足“中震不屈服的要求”，滿足《抗規(guī)》公式M1.2-3的要求，滿足抗規(guī)附錄M中性能3的要求。

（4）通過對比是否設(shè)置消能阻尼器兩個模型以及考察消能器在地震中的耗能比例，證明設(shè)置消能阻尼器后結(jié)構(gòu)減震效果較好。

綜上，結(jié)構(gòu)在設(shè)防地震下能夠滿足正常使用的要求。

參考文獻

［1］建筑抗震設(shè)計規(guī)范：GB 50011-2010［S］.2016年版 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.

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［3］建設(shè)工程抗震管理條例［S］.北京： 中國法治出版社， 2021.

［4］孫洋， 熊峰. 某超高層結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計［J］. 建筑結(jié)構(gòu)，2013，43（S1）.

［5］蘭盛磊. 某300米超高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計［D］. 成都： 西南交通大學(xué)，2014.

［作者簡介］孫洋（1989—），男，碩士，工程師，研究方向為結(jié)構(gòu)設(shè)計。