磚混結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)研究與分析

崔立杰，王 雷，王 兵

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磚混結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)研究與分析

崔立杰1，王 雷2，王 兵3

（1.邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系，河北 邢臺(tái) 054035；2.北京北方設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100055；3.河北華研卓筑加固工程集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000）

通過(guò)對(duì)某磚混結(jié)構(gòu)進(jìn)行建筑隔震設(shè)計(jì)，建立該結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算模型，研究并分析其在基本地震加速度作用下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)和罕遇地震作用下的隔震層層間位移反應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明：磚混隔震結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基本地震加速度作用下，隔震結(jié)構(gòu)層剪力與非隔震結(jié)構(gòu)層剪力相比滿足計(jì)算要求；罕遇地震作用下，隔震層最大位移滿足支座最大容許位移的要求。

磚混結(jié)構(gòu)；隔震設(shè)計(jì)；有限元分析

一、隔震結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型建立

1.工程抗震設(shè)防參數(shù)

某工程主體五層，局部六層，為磚混結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)總高18.6 m，總建筑面積6 740m2。根據(jù)《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》GB50223-2008[1]，抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類）。為提高建筑的抗震安全性，本工程采用隔震技術(shù)，按抗震設(shè)防烈度7度進(jìn)行抗震計(jì)算，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，按8度要求采取抗震構(gòu)造措施。該工程的建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類，特征周期為0.45s；風(fēng)荷載對(duì)應(yīng)的基本風(fēng)壓值為0.30kN/m2；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年。工程抗震設(shè)防參數(shù)見表1所示。

表1 工程抗震設(shè)防參數(shù)

圖1 隔震結(jié)構(gòu)有限元模型

2.力學(xué)模型

建立的隔震結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型[2]如圖1所示，其上部結(jié)構(gòu)梁、柱采用空間桿單元，墻體采用殼單元，樓板采用殼單元模擬，隔震層支座整體輸入，采用LINK單元Rubber模型，采用快速模態(tài)分析方法（FNA）。

3.地震波輸入

（1）地震波的數(shù)量

該隔震建筑屬乙類建筑，按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）[3]要求不少于3條地震波。本工程設(shè)計(jì)擬采用3條地震波，其中人工合成加速度時(shí)程曲線1條，與規(guī)范地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符的強(qiáng)震記錄2條，所選用地震波見表2所示。

表2 選用地震波

（2）地震波的選用要求

1）地震波特性應(yīng)接近Ⅲ類場(chǎng)地，場(chǎng)地特征周期g=0.45s。

2）平均反應(yīng)譜曲線與規(guī)范的反應(yīng)譜曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符。

（3）地震波的加速度峰值

設(shè)防烈度：7 度；近場(chǎng)影響系數(shù)：1.0；設(shè)計(jì)基本地震加速度：0.10g。

（4）地震波時(shí)程曲線

所采用的3條地震波相對(duì)應(yīng)的時(shí)程曲線見圖2所示，選用地震波反應(yīng)譜在設(shè)計(jì)周期范圍內(nèi)與規(guī)范反應(yīng)譜一致。

（a）場(chǎng)地波時(shí)程曲線

（b）PLE 時(shí)程曲線

（c）EL時(shí)程曲線

圖2 選用地震波時(shí)程曲線

4.模型參數(shù)

結(jié)構(gòu)模型參數(shù)[4，5]如下：

（1）上部結(jié)構(gòu)：采用彈性單元。

（2）隔震支座：橡膠隔震支座采用程序中鉛芯橡膠支座單元。

二、設(shè)計(jì)基本地震加速度作用下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)對(duì)比

設(shè)計(jì)基本地震加速度作用下，隔震上部結(jié)構(gòu)X向、Y向?qū)娱g剪力計(jì)算對(duì)比分別見表3和表4所示。

表3 設(shè)計(jì)基本地震加速度作用下上部結(jié)構(gòu)X向?qū)娱g剪力對(duì)比分析

說(shuō)明：層剪力比為隔震結(jié)構(gòu)層間剪力最大值比非隔震結(jié)構(gòu)層間剪力最大值。

表4 設(shè)計(jì)基本地震加速度作用下上部結(jié)構(gòu)Y向?qū)娱g剪力對(duì)比分析

由表3、表4計(jì)算結(jié)果可知，設(shè)計(jì)基本地震加速度作用下，隔震結(jié)構(gòu)層剪力與非隔震結(jié)構(gòu)層剪力比最大值為0.33，支座類型為S-A型，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010），水平向減震系數(shù)可取0.33，上部結(jié)構(gòu)水平地震作用可降低一度進(jìn)行計(jì)算。

三、罕遇地震作用下隔震層層間位移反應(yīng)

罕遇地震作用下，隔震結(jié)構(gòu)隔震層的最大水平位移采用反應(yīng)譜分析方法，最大水平位移見表5所示。

表5 罕遇地震下隔震層的最大水平位移

由表5可知，隔震層最大位移滿足支座最大容許位移的要求。

四、結(jié)論

該磚混結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基本地震加速度作用下，隔震結(jié)構(gòu)層剪力與非隔震結(jié)構(gòu)層剪力比最大值均小于等于0.33，支座類型為S-A型，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010），水平向減震系數(shù)可取0.33，上部結(jié)構(gòu)水平地震總作用達(dá)到降1度進(jìn)行計(jì)算的要求；罕遇地震作用下，隔震層最大位移滿足支座最大容許位移的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50223-2008，建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]馬予驍.摩擦滑移隔震模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析[D]. 西安：西安建筑科技大學(xué)，2013.

[3] GB50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[4]王聞成.隔震結(jié)構(gòu)應(yīng)用設(shè)計(jì)與研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2003（8）.

[5]秦新剛.建筑物層間隔震理論、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用研究[D]. 南京：東南大學(xué)，1998.

（責(zé)任編輯 鮑東杰）

Seismic Isolation Design and Analysis of a Brick Masonry Building

CUI Li-jie1，WANG Lei2，WANG Bing2

(1.Xingtai Polytechnic College, Xingtai, Hebei 054035, China; 2.Beijing North Design Research Institute Co., Ltd, Xicheng District, Beijing 100055, China;3.Huayan Zhuozhu Reinforcement Engineering Group, Shijiazhuang, Hebei 050000, China）

Through the seismic isolation design of a brick masonry building, the calculation model of the finite element of the brick masonry isolated building is established. The comparison of structural behavior under the action of basic earthquake acceleration and displacement response of isolation layer under the action of rare earthquake are researched and analyzed. The calculation results show that the comparison of the shear of isolated structure layer and non-isolated structure layer meet the requirements of calculation under the action of basic earthquake acceleration; the maximum displacement of isolated structure layer meet the requirements of maximum allowable displacement of supports under the action of rare earthquake.

brick masonry structure; seismic isolation design;finite element analysis

TU352.1

A

1008—6129（2015）05—0068—04

2015—07—26

崔立杰（1987—），河北邯鄲人，邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，助教。