大底盤多塔結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計(jì)

韓佳良+張興

[摘要]以唐山市某醫(yī)療項(xiàng)目為例，介紹了采用大底盤隔震技術(shù)建筑的設(shè)計(jì)方法，為隔震技術(shù)在醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)分析比較，闡明了隔震技術(shù)在高烈度區(qū)醫(yī)療建筑的設(shè)計(jì)中具有保證結(jié)構(gòu)安全，提高建筑使用功能，降低建設(shè)成本等明顯優(yōu)勢(shì)。

[關(guān)鍵詞]隔震技術(shù)；大底盤；設(shè)計(jì)；計(jì)算

隔震技術(shù)的初期應(yīng)用主要集中在中、低層的基本周期短的結(jié)構(gòu)中。隨著研究的深入和實(shí)際應(yīng)用的需要，隔震技術(shù)逐漸向高層、超高層的應(yīng)用發(fā)展，并且逐漸衍生出多種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式，大底盤多塔隔震結(jié)構(gòu)就是其中的一類。

1工程概況

本課題基于唐山某醫(yī)院項(xiàng)目，該項(xiàng)目位于唐山市風(fēng)景區(qū)南湖西片區(qū)內(nèi)，緊鄰萬(wàn)科南湖別墅住宅區(qū)，總用地面積58824.06㎡，包含醫(yī)療綜合大樓、傳染樓、制劑樓、后勤樓、液氧站五個(gè)子項(xiàng)，總建筑面積為147572㎡，其中地下為31469㎡，地上為116103㎡。本次采用隔震設(shè)計(jì)的建筑為醫(yī)療綜合大樓，隔震層設(shè)置在地下一層與首層之間，其總建筑面積為138888㎡，設(shè)有兩層地下室（部分設(shè)有一層地下室），各棟樓地下部分連為一體，地上部分在各樓之間設(shè)置防震縫互相脫開。

2隔震技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1抗震設(shè)防的必要性

根據(jù)《唐山市防震減災(zāi)管理?xiàng)l例》規(guī)定，2011年3月后，當(dāng)?shù)氐尼t(yī)院和學(xué)校地震作用均按9度計(jì)算，故本項(xiàng)目地震作用按照9度計(jì)算，且根據(jù)地勘報(bào)告顯示，本項(xiàng)目場(chǎng)地土類別為Ⅲ類場(chǎng)地，按照以上抗震設(shè)防的有關(guān)參數(shù)，混凝土常規(guī)結(jié)構(gòu)體系已無(wú)法滿足本工程抗震設(shè)防要求，經(jīng)過(guò)綜合比較，醫(yī)療綜合大樓采用隔震方案。

2.2建筑功能使用上的必要性

采用傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系（框架剪力墻結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)）很難實(shí)現(xiàn)上述設(shè)防目標(biāo)。即使采用傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)加強(qiáng)抗震措施勉強(qiáng)達(dá)到上述目標(biāo)，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件的大小及布置也會(huì)嚴(yán)重影響建筑功能的布局，降低建筑面積的使用率，影響整體外立面效果。3隔震計(jì)算

本工程采用MidasGEN8.0進(jìn)行非隔震模型時(shí)程分析與隔震模型時(shí)程分析，采用PKPM2012進(jìn)行隔震后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。其中A1，A3，A4，B1，B3，B5區(qū)域采用框架結(jié)構(gòu)，A2，B2，B4，B6區(qū)域采用框架一剪力墻結(jié)構(gòu)。

3.1大底盤隔震模型

醫(yī)療綜合樓首層以上以抗震縫分割為十個(gè)結(jié)構(gòu)單體，若十個(gè)結(jié)構(gòu)單體從首層斷開各自獨(dú)立采取隔震設(shè)計(jì)，則兩相鄰隔震單體之間須預(yù)留足夠大的水平隔震縫D（D≥相鄰隔震單體水平位移之和、且不小于400mm），而醫(yī)療綜合大樓從建筑使用功能上為一個(gè)獨(dú)立的綜合大樓，若以D值將十個(gè)單體逐個(gè)分離，同時(shí)保證整個(gè)大樓的連通性，勢(shì)必會(huì)嚴(yán)重影響建筑方案，故本次隔震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)采用以首層樓板為大底盤，首層以上設(shè)置抗震縫劃分十個(gè)單塔的隔振計(jì)算模型。

3.2隔震層位置

目前隔震設(shè)計(jì)分基礎(chǔ)隔震和層間隔震兩種方案?；A(chǔ)隔震是將隔震支座放置于基礎(chǔ)之上，有效利用基礎(chǔ)剛度大的優(yōu)點(diǎn)，將結(jié)構(gòu)整體隔震，且結(jié)構(gòu)體系中豎向交通核（混凝土核心筒）的構(gòu)造處理極為方便，但為了形成隔離縫，須沿地下室外墻周邊再設(shè)置擋土墻，由此會(huì)大幅提高工程造價(jià)，嚴(yán)重削弱因隔震設(shè)計(jì)帶來(lái)的整體經(jīng)濟(jì)效益。本工程含兩層地下室，若采取此種方法，本部分工程造價(jià)更會(huì)大幅提高。

層間隔震一般在首層以下設(shè)置隔震夾層，即首層及以上結(jié)構(gòu)按照隔震設(shè)計(jì)，首層以下按照非隔震設(shè)計(jì)。隔震夾層在建筑功能上起到設(shè)備夾層的作用，且隔離縫僅需要在隔震夾層處設(shè)置，大大減小了擋土墻的工程量，故本工程的隔震設(shè)計(jì)采用層間隔震。

綜上所述，本工程的隔震計(jì)算模型是以首層樓板為大底盤的多塔隔震計(jì)算、采用在0.00～（-2.30）m設(shè)置隔震支座的層間隔震且局部結(jié)合基礎(chǔ)隔震（僅A2，B2，B4，B6區(qū)）。

3.3水平向減震系數(shù)計(jì)算

（1）隔震支座選擇，本工程為重點(diǎn)設(shè)防類建筑，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-201012.2.3條，橡膠隔震支座在重力荷載代表值下豎向壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)按12MPa。

（2）水平向減震系數(shù)計(jì)算原則，整體模型：按照時(shí)程分析方法，以設(shè)計(jì)基本地震加速度分別計(jì)算隔震與非隔震各層層間剪力的最大比值、隔震與非隔震各層傾覆力矩的最大比值，取以上兩者的最大值。

（3）單體模型，將單體模型分為單體高層模型和單體多層模型。首先將各單體按照體型、結(jié)構(gòu)體系及T1一致的原則進(jìn)行分組，每組選擇代表單體進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于單體高層模型，按照時(shí)程分析方法以設(shè)計(jì)基本地震加速度計(jì)算，比較各單體隔震與非隔震各層層間剪力的最大比值和隔震與非隔震各層傾覆力矩的最大比值，取以上兩者的最大值。對(duì)于單體多層模型，按照時(shí)程分析方法以設(shè)計(jì)基本地震加速度計(jì)算，比較各單體隔震與非隔震各層層間剪力的最大比值。

4大底盤多塔結(jié)構(gòu)

4.1首層樓板的分析

本次隔震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)采用以首層樓板為大底盤，首層以上設(shè)置抗震縫劃分十個(gè)單塔的隔振計(jì)算模型，因需要協(xié)調(diào)地上多個(gè)單塔的位移變形，故對(duì)首層的剛度要求很高，本工程首層采用主梁加厚板結(jié)構(gòu)體系，樓板350mm，主梁500mmx900mm，并以場(chǎng)地波JY-1進(jìn)行罕遇地震下的時(shí)程分析計(jì)算，分析得知，首層樓板的平面內(nèi)軸向拉應(yīng)力基本在1.0～2.30MPa之間，常規(guī)現(xiàn)澆混凝土樓板無(wú)法滿足此軸向拉應(yīng)力，故首層結(jié)構(gòu)做預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，控制樓板可承受的軸向拉應(yīng)力大于等于3.0MPa。

4.2核心筒基礎(chǔ)隔震與層間隔震的協(xié)調(diào)變形

對(duì)這部分內(nèi)容的分析模型全樓采用彈性板假定，保證基礎(chǔ)隔震的核心筒在-2.30m～隔震支座上節(jié)點(diǎn)整個(gè)高度上剪力墻變形的一致性，取同一投影位置的三個(gè)點(diǎn)，分析這三個(gè)節(jié)點(diǎn)在JY-1地震波罕遇地震（9度0.62g）作用下的位移函數(shù)。分析結(jié)果表明在絕大部分時(shí)間內(nèi)變形是充分一致的，整個(gè)核心筒的抗側(cè)剛度完全可以滿足上述位移差的要求。

5結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)大底盤多塔樓隔震建筑結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了系統(tǒng)的整理，對(duì)該結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并結(jié)合唐山某醫(yī)療項(xiàng)目詳細(xì)介紹了大底盤多塔隔震建筑的設(shè)計(jì)流程與設(shè)計(jì)要點(diǎn)，得到了對(duì)工程具有參考價(jià)值的結(jié)論。

（1）隔震結(jié)構(gòu)在高烈度區(qū)重要建筑的設(shè)計(jì)中可以更好的使建筑物達(dá)到設(shè)防目標(biāo)，提高建筑的使用要求和外觀效果。

（2）對(duì)于地下部分相連，地上分為較多單體的大底盤隔震建筑，可根據(jù)地下室的具體情況，選擇采用基礎(chǔ)隔震或?qū)娱g隔震的設(shè)計(jì)方法，以節(jié)約成本。

（3）大底盤多塔隔震建筑對(duì)首層剛度有很高的要求，在設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇較大的樓板厚度與主梁截面，并應(yīng)進(jìn)行罕遇地震下的時(shí)程分析計(jì)算，保證結(jié)構(gòu)安全。