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      發(fā)震斷裂帶5km內(nèi)的框支剪力墻結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計

      2020-10-29 05:18:16
      中國建材科技 2020年2期
      關(guān)鍵詞:框支隔震支墩

      (中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司,甘肅 蘭州 730000)

      我國是地震多發(fā)國家,有些城市和地區(qū)分布在斷裂帶附近。在城市建設(shè)過程中,建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計受到斷層地震影響比較明顯。研究發(fā)現(xiàn),與遠(yuǎn)場地震影響相比,建筑結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)和破壞受近斷層地震影響更嚴(yán)重。隔震技術(shù)作為建筑結(jié)構(gòu)抵御地震的有效手段,在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中被廣泛使用,減震效果相對比較明顯;但是在框支剪力墻結(jié)構(gòu)中應(yīng)用相對較少。本文以某框支剪力墻結(jié)構(gòu)為例,對比了在8度區(qū)距離發(fā)震斷裂帶5km內(nèi)的抗震和隔震框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計,研究斷層附近抗震和隔震框支剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),為框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。

      1 工程概況

      該項(xiàng)目總建筑面積26200平方米,總長度為112.5m,總寬度為19.9m,主體地上9 層,地下1 層,建筑高度37.2m。結(jié)構(gòu)類型為框架剪力墻結(jié)構(gòu),抗震設(shè)防烈度8度(0.3g),抗震設(shè)防類別為乙類。該項(xiàng)目距離發(fā)震斷裂帶小于5km。

      2 隔震結(jié)構(gòu)的計算分析

      2.1 計算程序

      表1 非隔震結(jié)構(gòu)質(zhì)量對比/t

      本工程采用ETABS進(jìn)行時程分析,先校核所建立的ETABS模型的準(zhǔn)確性,將ETABS和YJK非隔震模型計算得到的質(zhì)量、周期、層間剪力進(jìn)行對比,如表1~表3所示。由表可知,兩款軟件模型計算的質(zhì)量、前三階模態(tài)的自振周期非常接近,層間剪力除頂層外也非常接近,說明采用ETABS軟件可行。

      表2 非隔震結(jié)構(gòu)周期對比(前三階)/S

      表3 非隔震結(jié)構(gòu)樓層地震剪力對比(單位kN)

      2.2 隔震支座的布置

      根據(jù)試算分析,按照壓應(yīng)力布置均勻,力學(xué)性能指標(biāo)、變形指標(biāo)滿足規(guī)范要求,本工程隔震支座布置如圖1所示。從支座位移、支座剪力和支座軸力等方面綜合考慮進(jìn)行隔震支座的布置,規(guī)格有LRB1000(31 個)、LRB1100(17 個)、LRB1200(8個)、LRB1300(4個)、LNB1000(16個),隔震墊數(shù)量共計76個。

      圖1 隔震支座編號及布置

      2.3 隔震層以上結(jié)構(gòu)的地震作用計算

      采用ETABS軟件計算結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)樓層層間剪力,根據(jù)隔震層上部結(jié)構(gòu)樓層層間剪力比值確定隔震后上部結(jié)構(gòu)水平地震作用。本結(jié)構(gòu)選取5條天然波和2條人工模擬地震波的平均剪力進(jìn)行結(jié)構(gòu)隔震后與隔震前上部樓層層間剪力對比分析。

      圖2 上部結(jié)構(gòu)層間剪力比值(隔震后/隔震前)

      根據(jù)《抗規(guī)》12.2.5 條可知,高層建筑結(jié)構(gòu)水平向減震系數(shù)取隔震與非隔震結(jié)構(gòu)層間剪力的最大比值與各層傾覆力矩的最大比值的較大值,故本結(jié)構(gòu)水平向減震系數(shù)β=0.39,考慮1.5 倍的近場系數(shù)后,水平地震影響系數(shù)αmax=1.5*0.39*0.24/0.80=0.18。

      3 隔震層的計算分析

      3.1 隔震支座性能參數(shù)

      通過框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計分析,給出隔震支座性能參數(shù)見表4。

      3.2 隔震層隔震計算分析

      3.2.1 罕遇地震作用下隔震支座的軸力

      本工程罕遇地震作用下隔震支座的軸力分析結(jié)果見圖3。本結(jié)構(gòu)隔震層上部實(shí)際是框支剪力墻結(jié)構(gòu),在有剪力墻的部位,上柱墩的軸力較大,最大軸力39133kN,和普通框支剪力墻結(jié)構(gòu)相比,該結(jié)構(gòu)的框支柱為隔震層的上柱墩,受力較為有利。結(jié)構(gòu)布置應(yīng)符合框支剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求,尤其是上部剪力墻的洞口應(yīng)盡可能位于墻體中部,這樣轉(zhuǎn)換梁和上部墻體能形成拱效應(yīng)承受荷載,有利于轉(zhuǎn)換梁受力。

      圖3 隔震支座的軸力

      3.2.2 罕遇地震作用下隔震支座的位移與剪力

      計算結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下(5條天然波和2條人工模擬地震波)的各隔震支座的雙向支座平均位移與溫度應(yīng)力下的雙向位移,得到各支座的總位移,見圖4。由圖4可知,隔震支座的水平向最大位移為504mm,小于550mm,支座選取滿足結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的水平變形要求。隔震支座的剪力見圖5,隔震支座最大剪力仍然出現(xiàn)在轉(zhuǎn)換處,在罕遇地震作用下,隔震支座X向和Y向的剪力基本一致,說明隔震支座受到的扭轉(zhuǎn)影響較小。

      圖4 隔震支座的位移

      圖5 隔震支座的剪力

      3.2.3 隔震層以下的結(jié)構(gòu)設(shè)計

      本結(jié)構(gòu)地下室高度3.6m,隔震層高度2.1m?!督ㄖこ探ㄖ娣e計算規(guī)范》3.0.1條規(guī)定,結(jié)構(gòu)層高在2.2m以下的,計算一半面積。本工程如果在隔震層與地下室之間設(shè)置樓板,建筑面積會受影響,所以為了使下支墩不成為懸臂柱,只在-2.1m處設(shè)置了拉梁。

      因?yàn)闆]有樓板的約束作用,地下室梁柱在設(shè)防地震下的抗震承載力不滿足要求,而且罕遇地震下柱的抗剪承載力也不滿足要求,為了滿足規(guī)范要求,在地下室大部分區(qū)域增設(shè)了剪力墻,且所有地下室柱即下支墩都增設(shè)了型鋼。所以,下支墩頂部荷載較大時,地下室宜設(shè)置樓板,有利于地下室梁、柱的承載力計算。

      4 隔震工程的經(jīng)濟(jì)性分析

      對本工程隔震和非隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對比分析(隔震層以上結(jié)構(gòu))。因非隔震結(jié)構(gòu)規(guī)定水平力下框架柱、短肢墻地震傾覆力矩百分比與一、二層部分框架柱軸壓比不滿足要求,對其進(jìn)行調(diào)整后從結(jié)構(gòu)混凝土用量、用鋼量方面進(jìn)行對比。混凝土及鋼材用量對比見表5。經(jīng)濟(jì)對比分析表明,因結(jié)構(gòu)隔震效果不明顯,所以隔震結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性較差。

      表5 材料用量

      5 結(jié)論

      通過在8度區(qū)距離發(fā)震斷裂帶5km以內(nèi)框支剪力墻結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計研究,可以得到以下結(jié)論:

      1)在8度半有斷裂帶的設(shè)防區(qū),考慮1.5的近場系數(shù)后,隔震后水平地震影響系數(shù)為0.18,非隔震結(jié)構(gòu)水平地震影響系數(shù)為0.24,隔震效果不明顯。

      2)考慮1.5倍的近場系數(shù)后,隔震層在罕遇地震作用下的最大位移為504mm,滿足規(guī)范要求。

      3)由于是框支剪力墻結(jié)構(gòu),剪力墻部位的上支墩處軸力較大,但在罕遇地震作用下,隔震支座的拉應(yīng)力滿足要求。

      4)隔震層上支墩和下支墩按罕遇地震作用進(jìn)行了驗(yàn)算,在地下室增設(shè)剪力墻及下支墩增設(shè)型鋼,以使下支墩滿足抗震承載力和抗剪承載力。

      5)將隔震結(jié)構(gòu)和非隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比,因隔震結(jié)構(gòu)的隔震效果不明顯,所以隔震結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性較差。

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