东川某隔震结构设计

1东川某隔震结构设计摘要：东川某工程，出于安全和经济性的考虑，采用隔震结构设计。采用基础隔震设计方案，按规范要求对减震系数、隔震支座拉应力和压应力、隔震支座位移、结构各层的层间位移进行了计算和验算，并与平时的工程对比分析，分析表明，采用隔震设计能有效降低造价，减小梁柱截面尺寸和配筋，并实现安全可靠的目标。关键词：隔震设计、减震系数、罕遇地震DesignofabaseisolatedstructureinDongchuanAbstract:aprojectofDongchuan,forsafetyandeconomicconsiderations,theuseofseismicisolationstructuredesign.Usingbaseisolationdesignscheme,accordingtothespecificationrequirementsofdampingcoefficient,isolationbearingpullstressandpressureofeachlayeroftheinterlayerdisplacementofforce,isolatordisplacementandstructurearecalculatedandchecked,andtheusualengineeringcomparativeanalysis,analysisshowsthattheseismicisolationdesigncaneffectivelyreducethecostandreducethebeamcolumnsectionsizeandreinforcement,andtoachievethegoalofsafeandreliable.Keywords:seismicisolationdesign,shockabsorptioncoefficient,rareearthquake1工程概况本工程位于东川，总建筑面积22688m2，由2栋、3栋、5栋组成，其中2栋包含了4个2a栋单体建筑，3栋包含了3a栋和3b栋单体建筑，除5栋为框架结构外，其余均为剪力墙结构，建筑均为12层小高层住宅楼，层高均为3m，无地下室结构，下面图1为3b栋一层平面布置图，图2为5栋一层平面布置图，其余栋类似，不再叙述。工程建筑抗震设防烈度为9度，设计基本地震加速度为0.4g，设计地震分组为第二组，抗震设防类别为丙类，场地类别为Ⅱ类，场地特征周期为0.40s。图13b栋一层平面布置图2图25栋一层平面布置图2隔震方案的选择由于本工程不存在地下室结构，采用隔震设计的话，需要在结构底部单独设置一层作为隔震层，以便今后使用过程中对隔震支座进行检修和维护，隔震层外围土体由单独设置的挡土墙挡土，根据云南省《隔震设计指导手册》，隔震层层高最小值为：梁高+800mm，本工程隔震层最大梁高为1400mm，为方便设计，隔震层层高均为2550mm（上支墩高度+下支墩高度+支座高度），其中上支墩高度为1800mm。3模型建立3.1框架结构模型建立本工程只有5栋为框架结构，模型中隔震层层高取为上支墩高度，隔震层柱子为上支墩的截面尺寸，隔震层采用现浇梁板结构，板厚为160mm，采用PKPM（2010.6.30版本）建模，模型三维轴测图为下图3所示：图35栋PKPM三维轴测图33.2剪力墙结构模型建立本工程除5栋为框架结构外，其余均为剪力墙结构，隔震层需要建立转换梁来抬剪力墙，转换梁截面尺寸大多为800x1200，隔震层层高取为上支墩高度，其框架柱截面尺寸即为上支墩截面尺寸，隔震层采用现浇梁板结构，板厚采用160mm，采用PKPM建立计算分析模型，其中3b栋模型三维轴测图如下图4所示，其余栋模型采用相同方法此建立，在此不再叙述：图43b栋PKPM三维轴测图3.3弹塑性时程分析模型建立根据抗规5.5.2条规定，采用隔震设计的结构应进行弹塑性时程分析，本工程依据此规定建立弹塑性静力时程分析模型，计算时特征周期增大0.05s计算，即为0.45s，模型分为零度方向和九十度方向两个模型。44参数设置注意事项（1）根据抗规12.2.8-1条规定，隔震支座的相关部位应采用现浇混凝土梁板结构，现浇板厚度不应小于160mm，本工程隔震层模型的建立遵循此条规定。（2）当苫布结构为剪力墙结构或框剪结构时，需要建立专门的转换梁来抬剪力墙，SATWE特殊构件定义中需要设置相应的梁和柱为转换梁和转换柱，并定义隔震层为弹性模，以便能计算出转换梁的轴力，但隔震层不需要按照转换层来设计，因为此转换构件的破坏模式跟转换层的完全不同。（3）由于隔震支座抗弯刚度和抗剪刚度比较小，不足以传递柱底弯矩，因此SATWE特殊构件定义中须要把隔震层框架柱底部设置为铰接。（4）SATWE参数设置中设计地震参数还是按照9度（0.4g）、第二组设置，以便软件可以按照本地区设防烈度控制剪重比。（5）现阶段云南大的隔震设计大多采用分阶段设计方法，第一阶段由设计院自己按照预估的水平地震作用建立PKPM模型并提供模型给云南震安科技有限公司，该公司利用ETABS计算水平减震系数，并进行隔震支座的拉应力、压应力支座连接件等计算，并验算支座位移是否满足要求。（6）本工程采用隔震设计，预估水平地震作用按照降低1度设计，因此水平地震影响系数最大值按照8度（0.2g）采用，即为0.16，最终隔震报告出来时，由报告上的减震系数确定的水平地震影响系数最大值接近0.16，但略小于0.16，满足预估时的结构设计要求。（7）根据抗规12.2.5-4条规定,9度时和8度且水平减震系数不大于0.3时，隔震层以上的结构应进行竖向地震作用计算，本工程抗震设防烈度为9度，须按照抗规5.3.1条的简化方法计算竖向地震作用，因前面的参数设置中水平地震影响系数最大值由原来的0.32改为了0.16，故而竖向地震作用计算时错误的，需要通过SATWE参数设置中的自定义荷载组合来调整竖向地震作用参与组合时的分项系数，以此来达到竖向地震的作用计算的准确，同时需要注意抗规12.2.1条规定，隔震层以上的竖向地震作用标准值在9度（0.4g）时不应小于隔震层以上总重力荷载代表值的40%，本工程须执行此条规定，竖向地震作用的具体计算方法详见《隔震设计指导手册》。（8）根据抗规12.2.7-2条规定，隔震层以上结构的抗震措施，当水平减震系数不大于0.4时，可适当降低本规范有关章节对非隔震建筑的要求，但烈度降低不得超过1度，本工程的水平减震系数均控制在0.3~0.4之间，故而结构设计时抗震措施可以按照降低一度来设计，但需要注意的是，与抵抗竖向地震作用的抗震措施不能降低。5计算结果控制（1）采用隔震设计的结构，由于隔震支座只能隔离水平地震作用，尚不能隔离竖向地震作用，但我们在前面参数设置中已经按照降低1度来确定抗震等级，即由原来的一级改为了二级，因此软件只能自动按照二级的构造要求来控制框架柱和剪力墙的轴压比，此时我们需要人为按照一级的轴压比来控制框架柱、剪力墙的轴压比方才合适。（2）本工程除了轴压比外，其余均按照正常的非隔震结构来控制设防烈度下结构的位移角、位移比、周期比、剪重比、刚重比、刚度比、受剪承载力比和构件配筋值等。6隔震构造措施根据抗规12.2.7条规定，隔震结构应采取不阻碍隔震层在罕遇地震作用下大变形的措施，本工程在结构周边均设置了隔震沟和水平隔离缝，隔震沟宽采用600mm,水平隔离缝5宽为20mm，并采用柔性材料填塞密实，隔震构造大样详见下图5所示：7结论采用隔震设计的结构，可以有效减小梁柱截面尺寸和配筋，尤其工程位于高烈度区时效果比较明显，虽然增减了隔震支座的费用，但总的工程造价可以降低10%左右，甚至更多，同时由于梁柱截面的减小，可以有效的利用建筑的使用空间，在达到经济要求的前提下，还能有效提高隔震结构的抗震设防目标，据理论表明，采用隔震设计的结构可以达到“小震不坏、中震不坏或轻微损坏、大震可修”的设防目标，达到“安全、经济、适用”的目标。参考文献[1]GB50011-2010建筑抗震设计法规范.中国建筑工业出版社，2010[2]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程.中国建筑工业出版社，2010[3]中国建筑科学研究院,建筑工程软件研究所著PKPM多高层结构计算软件应用指南.中国建筑工业出版社，2010年6月第一版[4]隔震设计指导手册[5]党育、杜永锋、李慧著基础隔震结构设计及施工指南.中国水利水电出版社，2007年2月第一版