经典案例分享:7度区某医院建筑隔震设计案例

发布时间: 2022-11-09    浏览(4252)

一、工程概况及设计参数

本工程位于四川省宜宾市,综合楼总建筑面积5688.7㎡,地上4层,首层层高6.0m ,二、三层层高5.4m,四层层高5.5m,屋顶构架层层高4.0m,建筑结构高度为23.9m。
本工程结构体系采用钢筋混凝土框架结构,设计工作年限50年,安全等级为一级,重点设防类(乙类)。抗震设防烈度为7度,设计基本加速度为0.15g,场地类别为III类,设计地震分组为第二组,场地特征周期为0.55s。基本风压( 50年一遇)为0.30kN/㎡。
http://img.zhux2.com/editor1667981923147509.jpg
图一 结构整体计算模型

二、本工程隔震设计所依据的主要规范、图集

1)《建筑抗震设防分类标准》(GB50223-2008);

2) 《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012);

3) 《建筑结构可靠性设计统一标准》(GB50068-2018);

4) 《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)(2016版);

5) 《叠层橡胶支座隔震技术规程》(CECS126:2001);

6) 《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)(2015版);

7) 《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010);

8) 《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011);

9) 《建筑结构隔震构造详图》(03SG610-1);

10) 《建筑工程叠层橡胶隔震支座性能要求和检验标准》(DBJ53/T-47-2020);

11) 《建筑工程叠层橡胶隔震支座施工及验收标准》(DBJ53/T-48-2020);

12) 《建筑隔震工程专用标识技术规程》(DB53/T-70-2015);

13) 《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408-2021)。


三、隔震设计思路
根据《建筑隔震设计标准》( 下文简称《隔标》)采用整体设计方法,对隔震结构的上部结构、隔震层一体建模进行设计,上部结构设计的抗震等级由底部剪力比确定。为求得底部剪力比,先选取合理的支座布置方案,根据隔震与非震结构的底部剪力比求得。
同时通过静力及动力分析,验算隔震建筑在中震下的弹性层间位移角、隔震支座偏心率、压应力;大震下弹塑性层间位移角、抗风承载力、抗倾覆验算及支座拉压应力和支座位移等是否满足规范要求。

四、隔震层设计

本工程隔震层设置在地下室顶板,其优点是:

1.不影响建筑使用功能;

2.隔震支座检修及维护方便;

3.不额外增加地下室开挖深度,最大程度利用顶板覆土高度消化隔震层高度,经济性好。

本工程采用的是铅芯橡胶隔震支座+普通橡胶隔震支座,主要技术参数见下表。

表一 普通橡胶支座力学性能参数

http://img.zhux2.com/editor1667981933621898.jpg

隔震支座主要控制目标:
(1)根据《隔标》第4.6.3条,同一隔震层内各个橡胶隔震支座的竖向压应力宜均匀,在重力荷载代表值作用下,竖向压应力不应超过乙类建筑的限值12MPa。
(2)根据《隔标》第4.6.2条第4款要求,隔震层刚度中心宜与上部结构质量中心重合,为确保结构隔震层布置合理、刚度分布均匀,隔震层刚度中心与上部结构质量中心的偏心率小于3%。
(3)为保证抗风装置的有效性和隔震装置在多次地震作用后仍能保持较好的复位性能,隔震层要有足够的水平承载力和弹性恢复力。
(4)根据《隔标》第6.6.1条第1款要求在罕遇地震作用下,隔震支座拉应力不应大于1.0MPa,压应力不应大于25MPa。
(5)根据《隔标》第4.6.6条第 1款要求在罕遇地震作用下,隔震支座的水平位移应小于其有效直径的0.55倍和各橡胶层总厚度3倍二者的较小值。
本工程共采用30个隔震支座,橡胶支座最大直径1000mm,最小直径700mm。其中,铅芯橡胶隔震支座(LRB)主要布置在结构周边及水平位移较大及内力较大的部位; 普通叠层橡胶支座(LNR)主要布置在结构中部的框架柱下。
隔震层上支墩高度1.0m,下支墩高度约0.7m; 隔震层梁截面:500mm×1000mm,局部450mm×800mm; 隔震层顶楼板厚为180mm。

五、隔震结构分析
隔震支座抗拉刚度和抗压刚度不一致,抗拉刚度一般约为抗压刚度的1 /10,PKPM2021新规范V1.3.1版本能在反应谱法计算中考虑支座拉压刚度不一致的情况,故本工程采用PKPM软件计算。将上支墩,隔震支座,下支墩分三个标准层建立在模型中,楼层组装图见图二。
http://img.zhux2.com/editor1667981940814720.jpg
图二 结构楼层组装图


设防地震(中震)作用下,隔震结构与非隔震结构的周期对比见表二,《叠层橡胶支座隔震技术规程》规定:隔震房屋两个方向的基本周期相差不宜超过较小值的30%。由表二可知,采用隔震技术后,结构的周期明显延长,地震作用减小,且满足相关规定要求。

表二 隔震前后结构的周期

振型
隔震前(s)
隔震后(s)
1
1.398
2.999
2
1.361
2.991
3
1.335
2.796


本工程建筑高度小于24m,乙类建筑,根据抗规可以确定上部结构抗震等级为二级。表三给出了隔震结构层间剪力与非隔震结构层间剪力的比值。从表中数据可以看出地震作用X向底部剪力比为0.43,地震作用Y向底部剪力比为0.45,最终底部剪力比取0.45,小于0.5,故上部结构抗震等级可以按照《隔标》6.1.3条第二款按照本地区设防烈度降低1度确定抗震措施,取为三级。

表三 非隔震与隔震结构层间剪力及层间剪力比

层号
塔号
X向地震作用时主方向剪力比
Y向地震作用时主方向剪力比
非隔震(kN)
隔震(kN)
层剪比
非隔震(kN)
隔震(kN)
层剪比
8
1
3353.14
1065.69
0.32
3335.39
1089.00
0.33
7
1
29276.37
9990.46
0.34
28142.02
10008.99
0.36
6
1
42351.71
16429.45
0.39
40419.52
16427.67
0.41
5
1
52453.40
22218.65
0.42
49894.51
22222.11
0.45
4
1
61410.49
26365.04
0.43
58480.83
26358.70
0.45


本工程设防地震下模型的弹性层间位移角详见表四。由表四可得隔震模型中震下结构层间位移角均满足《隔标》1/400的限值要求,隔震前后位移角变化明显,隔震效果良好。
表四 设防地震下结构层间位移角

楼层
X方向
Y方向
位移角限值
8
1/789
1/571
1/400
7
1/847
1/685
1/400
6
1/617
1/560
1/400
5
1/491
1/462
1/400
4
1/466
1/466
1/400
上支墩
1/666
1/760
1/400
隔震支座
1/1
1/1

下支墩
1/9999
1/9999

本工程罕遇地震模型反应谱下的楼层位移角,详见表五。由表五可得隔震模型罕遇地震下结构层间位移角均满足《隔标》的限值1/50。
表五  罕遇地震下结构层间位移角

http://img.zhux2.com/editor1667981953153015.jpg

隔震层偏心率结果见表六,由表六可知隔震偏心率最大值为0.59%,满足《隔标》要求偏心率不大于3%。
表六 隔震层偏心率

方向
层号
质心坐标(m)
刚心坐标(m)
偏心率(%)
X
2
49.8856
49.6379
0.5981
Y
2
-29.3569
-29.4046
0.1151


隔震层抗风验算见表七,隔震层水平抗恢复力验算见表八。
表七 隔震层的抗风承载力验算(隔标)

隔震层
水平剪力标准值(http://img.zhux2.com/editor1667982444776616.jpg)
水平剪力设计值(http://img.zhux2.com/editor1667982449704005.jpg)
抗风装置屈服力
支座屈服力
抗风承载力(http://img.zhux2.com/editor1667982455933734.jpg
验算http://img.zhux2.com/editor1667982459951327.jpg
门急诊医技楼
X
1804
2706
——
10274.6
10274.6
满足要求
Y
2305
3457
——
满足要求


表八 隔震层水平抗恢复力验算

隔震层
支座弹性恢复力
1.2*隔震层屈服力(kN)
是否满足
门急诊医技楼
37057.6
13511.4
满足



部分隔震支座拉应力及位移验算结果详见图三,T1为重力荷载代表值下的支座压应力,T2为大震下支座的压应力,T3为大震下支座的拉应力,T4为大震下隔震支座的水平位移。
http://img.zhux2.com/editor1667982001916981.jpg
图三 部分隔震支座验算结果

六、结论
本工程使用PKPM软件分析了隔震结构在设防地震和罕遇地震作用下结构的地震反应,通过计算结果得出以下结论:
(1)非隔震结构的自振周期为1.399,隔震结构的自震周期为2.999,基本周期延长了2倍多,有效的减小了地震作用对上部结构的影响。
(2)隔震支座拉、压应力及水平位移均未超过乙类建筑的要求,满足规范要求。
(3)隔震支座数量满足结构抗风、抗倾覆要求。
(4)隔震结构前两阶周期以隔震层的平动为主,两阶周期相差小于较小值的30%,满足规范规定。
(5)隔震结构两主要方向的底部剪力比最大值为0.45,依据《新隔标》6.1.3-1,隔震建筑上部结构按7度采取抗震措施;对于下部结构以及与竖向地震作用相关的抗震措施,按8度(0.2g)采用抗震措施。

来源:建筑结构

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