騰沖市中醫(yī)醫(yī)院門診樓采用隔震技術(shù)的響應(yīng)分析

李波生 汪小鋒

摘要： 采用隔震技術(shù)可以有效地減小上部結(jié)構(gòu)水平地震作用效應(yīng)，減輕結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震破壞，提高建筑物及內(nèi)部設(shè)施和人員在地震中的安全性。為了研究結(jié)構(gòu)設(shè)置疊層橡膠隔震支座后的隔震效果，本工程使用大型有限元軟件Etabs建立隔震與非隔震結(jié)構(gòu)模型，對結(jié)構(gòu)在隔震前后的地震反應(yīng)進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：采用隔震技術(shù)后，結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)明顯減弱，取得較好的隔震效果。為隔震技術(shù)在以后的工程實際中的應(yīng)用提供一定的參考價值。

Abstract： Adopting isolation technology can effectively reduce the earthquake effect of the upper structure level， reduce the earthquake damage of structure and non structure components， improve the building and internal facilities and personnel security in the earthquake. In order to study the isolation effect after setting up laminated rubber isolation bearings on the structure， this project uses a large finite element software Etabs to build seismic Isolation and non isolation structure model， and compares the seismic response of the structure before and after the seismic Isolation. Results show that after using isolation technology， the seismic response of the structure decreased significantly， and obtained good effect of seismic isolation. This can provide certain reference for the application of seismic isolation technology in the engineering practice in the future.

關(guān)鍵詞： 橡膠隔震支座；時程分析；減震效果；高烈度設(shè)防

Key words： rubber isolation bearing；time history analysis；damping effect；high-amplitude fortification

中圖分類號：TU352.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）09-0089-03

0 引言

減震控制結(jié)構(gòu)經(jīng)過多年以來的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟，其應(yīng)用形式也越來越多。其中結(jié)構(gòu)隔震因其卓越的減震效果和良好的經(jīng)濟(jì)性備受關(guān)注。隔震結(jié)構(gòu)是指在建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間設(shè)置隔震層，以延長整個結(jié)構(gòu)體系的自振周期、增大阻尼、減小輸入上部結(jié)構(gòu)的地震作用，達(dá)到預(yù)期的防震要求[1]。使用最多的結(jié)構(gòu)隔震形式是橡膠墊隔震和摩擦滑移隔震兩種形式[2]。

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，若采用的是傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)，由于該結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)固定，一旦地震出現(xiàn)其上部結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生彎曲或剪切變形，此時層間位移相對較大，但若采用的是隔震結(jié)構(gòu)，由于其基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置了隔震支座，一旦地震發(fā)生出現(xiàn)位移的是隔震支座，此時其上部結(jié)構(gòu)基本是平動，層間位移較小，此時其上部結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)，提高了結(jié)構(gòu)構(gòu)件和內(nèi)部設(shè)施的安全性。

1 工程概況

根據(jù)云南省住建、發(fā)改、財政、工信、地震、教育、科技、衛(wèi)生、地稅九部門《關(guān)于進(jìn)一步加快推進(jìn)我省減隔震技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用工作的通知》（云建震〔2012〕131號）文件精神及要求，騰沖市中醫(yī)醫(yī)院整體遷建項目業(yè)務(wù)用房名醫(yī)館、住院樓及門診醫(yī)技樓均采用了橡膠隔震技術(shù)，該技術(shù)為騰沖市公共類建筑設(shè)計首次使用，其中門診醫(yī)技樓采用了扇形的不規(guī)則外觀設(shè)計，以下以門診醫(yī)技樓為例介紹該院遷建項目采用隔震技術(shù)的響應(yīng)分析研究。騰沖市中醫(yī)醫(yī)院門診樓，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，樓層數(shù)5層（不含隔震層），建筑結(jié)構(gòu)高度21.6m，寬37.9m，高寬比0.6。抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計基本地震加速度峰值為0.2g，設(shè)計地震分組第三組，II類場地，場地特征周期0.45s。屬于重點設(shè)防類，乙類建筑。標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖1。

2 地震動輸入

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010，以下簡稱《抗規(guī)》）5.1.2條規(guī)定：采用時程分析法時，應(yīng)按建筑場地類別和設(shè)計地震分組選用實際強(qiáng)震記錄和人工模擬的加速度時程，其中實際強(qiáng)震記錄的數(shù)量應(yīng)≧總數(shù)的2/3，多組時程的平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符。彈性時程分析時，每條時程計算的結(jié)構(gòu)底部剪力必須≧振型分解反應(yīng)譜計算結(jié)果的65%，多條時程計算的結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值必須≧振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的80%。本工程選取了實際5條強(qiáng)震記錄和2條人工模擬加速度時程，7條時程曲線如圖2所示，7條時程反應(yīng)譜和規(guī)范反應(yīng)譜曲線如圖3所示，基底剪力對比結(jié)果如表1所示。

由圖3可知，各時程平均反應(yīng)譜與規(guī)范反應(yīng)譜較接近。

《抗規(guī)》規(guī)定：輸入的地震加速度時程曲線的有效持續(xù)時間，一般從首次達(dá)到該時程曲線最大峰值的10%那一刻算起，到最后一點達(dá)到最大峰值的10%為止；無論是人工模擬波形還是實際的強(qiáng)震記錄，通常有效持續(xù)時間是結(jié)構(gòu)基本周期的（5～10）倍。

《抗規(guī)》規(guī)定：多組時程波的平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所用的地震影響系數(shù)曲線相比，在對應(yīng)于結(jié)構(gòu)主要振型的周期點上相差不大于20%。

經(jīng)計算，均能滿足規(guī)定。

3 隔震支座布置

本工程采用的橡膠隔震支座，在選擇其直徑、個數(shù)和平面布置時，應(yīng)考慮以下因素：

①相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)指出，同一隔震層內(nèi)各個橡膠隔震支座的豎向壓應(yīng)力宜均勻，豎向平均應(yīng)力不應(yīng)超過乙類建筑的限值12MPa。

②最好保證隔震支座在罕遇地震作用下不出現(xiàn)拉應(yīng)力，即使當(dāng)少數(shù)隔震支座出現(xiàn)拉應(yīng)力時，其拉應(yīng)力也不應(yīng)大于1MPa。通過計算最大拉應(yīng)力0.14MPa，滿足要求。

③在罕遇地震作用下，隔震支座的最大水平位移應(yīng)小于其有效直徑的0.55倍和各橡膠層總厚度3倍二者的較小值。通過計算隔震層最大位移為159mm，滿足要求，并可見結(jié)構(gòu)的變形主要集中在隔震層，通過隔震支座的變形隔離地震能量，使輸入上部結(jié)構(gòu)的地震能量大大減少，保護(hù)了結(jié)構(gòu)及室內(nèi)設(shè)施、設(shè)備、人員的安全。

本工程共使用了59個支座，各類型支座數(shù)量及力學(xué)性能詳見表2和表3。隔震結(jié)構(gòu)屈重比為0.019。

4 隔震前后地震反應(yīng)比分析

① 結(jié)構(gòu)周期對比。隔震前后周期比較見表4。

由表4可知，采用隔震技術(shù)后，結(jié)構(gòu)的周期明顯延長。根據(jù)反應(yīng)譜理論，隔震后周期延長，相應(yīng)的加速度反應(yīng)譜值遠(yuǎn)小于隔震前，即地震作用減小。

②層間剪力對比。3組地震波隔震前后X向和Y向?qū)娱g剪力對比見圖4。

由圖4可看出，設(shè)置隔震支座后，結(jié)構(gòu)的層間剪力大大減小，由表5可以看出，隔震后結(jié)構(gòu)層間剪力減小幅度在60%～90%之間，減震效果明顯。

③層間位移對比。3組地震波隔震前后X向和Y向?qū)娱g位移對比見圖5。

由圖5可以看出，隔震后結(jié)構(gòu)層間位移明顯小于隔震前，各樓層的層間位移相對較小，結(jié)構(gòu)振動形態(tài)趨于整體平動。這表明橡膠支座隔震層充分發(fā)揮了自身的作用，達(dá)到了減震目的，明顯減輕了上結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。

5 結(jié)論

1）與隔震前相比，采用隔震技術(shù)后，結(jié)構(gòu)的周期延長了2-3倍，那么相應(yīng)的加速度反應(yīng)譜值也會降低，進(jìn)而使得上部結(jié)構(gòu)地震作用減小。

2）與隔震前相比，隔震后結(jié)構(gòu)層間位移減少，整體來講結(jié)構(gòu)振動形態(tài)趨于平穩(wěn)。由于隨著層間位移的減小，上結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)會降低，如此可有效降低地震可能造成的損失。

3）隔震后結(jié)構(gòu)層間剪力明顯減小，可以依照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，根據(jù)隔震與非隔震的層間剪力比，確定水平地震減震系數(shù)。進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)設(shè)計時，相應(yīng)地降低上部結(jié)構(gòu)的水平地震作用，進(jìn)而減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面，達(dá)到降低工程造價的目的。

致謝：

本文撰寫過程中得到了云南震安減震科技股份有限公司設(shè)計部的大力支持，特表感謝！

參考文獻(xiàn)：

[1]潘忠煒，李靜，周海濤，金波.隔震技術(shù)在某木結(jié)構(gòu)古建筑改造中的應(yīng)用研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2013-12-10.

[2]文佳，魏世宏，朱浪濤.隔震技術(shù)原理及存在問題分析[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，9（12）：29-30.

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[4]蘇斌，晏音，曾志攀，盧偉煌.四川彭州人民醫(yī)院病房綜合樓基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].福建建筑，2011-02-01.