太原市杏花嶺區(qū)中心醫(yī)院綜合樓隔震方案研討

王 正

(太原市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

1 工程概況

杏花嶺區(qū)中心醫(yī)院綜合樓位于山西省太原市府西街，8度設(shè)防，設(shè)計(jì)地震第二分組。地上樓層數(shù)為16層，地下3層。采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)形式，建筑結(jié)構(gòu)高度65.7 m，寬36.0 m，高寬比1.83。屬于重點(diǎn)設(shè)防類，乙類建筑，采用隔震技術(shù)。隔震支座以上建筑結(jié)構(gòu)布置見圖1，隔震支座見圖2。

2 隔震方案確定

隔震方案設(shè)計(jì)原則一般為：隔震層宜設(shè)在基礎(chǔ)頂部，當(dāng)?shù)叵律疃容^大，宜在一層地面以下部位，利于隔震溝實(shí)現(xiàn)。橡膠隔震支座設(shè)置在受力較大的位置。其分布根據(jù)豎向構(gòu)件布置確定。

本工程方案設(shè)計(jì)階段將隔震層設(shè)置于地下1，2層之間(見圖3)，且未貫通，造成隔震層并未將隔震支墩上下完全隔開，此方案無(wú)法達(dá)到隔震目的。將隔震層貫通后，可達(dá)到隔震目的，但將帶來(lái)隔震支墩設(shè)置數(shù)量增加,隔震溝外墻厚度加大(經(jīng)計(jì)算，考慮抗震，墻厚最小在650 mm)，最終隔震溝位于用地紅線以外，方案基本不可實(shí)現(xiàn)。后經(jīng)優(yōu)化，將隔震層設(shè)置于地下1層上部約-1.0 m標(biāo)高處(見圖4)。

隔震方案選定后，預(yù)估支座豎向承載力、側(cè)向剛度、阻尼，經(jīng)計(jì)算后確定支座規(guī)格和數(shù)量。設(shè)計(jì)目標(biāo)為隔震后隔震層以上周期延長(zhǎng)、地震力減小，在罕遇地震下，隔震層應(yīng)保持彈性變形，確保不出現(xiàn)不可逆的塑性形變，支座在大震下不出現(xiàn)拉應(yīng)力。支座以下結(jié)構(gòu)須驗(yàn)算大震水平地震力，位移角均滿足要求，且構(gòu)件尺寸未影響建筑使用。

3 隔震后上部水平地震影響系數(shù)的確定

3.1 比對(duì)模型可行性分析

將ETABS和PKPM-SATWE非隔震、振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算,得到的質(zhì)量、周期和層間剪力進(jìn)行對(duì)比(如表1～表3結(jié)果所示差值，算式(∣ETABS-SATWE∣/SATWE)·100%)。

表1 結(jié)構(gòu)質(zhì)量對(duì)比(非隔震)

表2 結(jié)構(gòu)周期對(duì)比(非隔震)

由表2可知，兩軟件模型的前三階模態(tài)的自振周期基本相同。

由上述數(shù)據(jù)可知，兩種軟件得出的周期、層間剪力相近。對(duì)比分析模型可互相參照。

3.2 反應(yīng)譜的選擇及地震影響系數(shù)的確定

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》條款，本工程最終選取了七條時(shí)程曲線(兩條人工波和五條天然波)，如圖5所示，基底剪力對(duì)比見表4，七條時(shí)程曲線反應(yīng)譜和規(guī)范反應(yīng)譜曲線如圖6所示。

由波形表可知，選取的波形滿足《抗規(guī)》規(guī)定。

從圖形判斷各反應(yīng)譜均值與規(guī)范反應(yīng)譜基本相同。符合《抗規(guī)》規(guī)定的對(duì)應(yīng)于主要振型的周期點(diǎn)，相差不大于20%的要求。詳細(xì)情況見表5，表6。

表3 地震剪力對(duì)比(非隔震)

表4 非隔震結(jié)構(gòu)基底剪力

由表5可知，滿足規(guī)定。

經(jīng)中震分析(加速度400)，隔震結(jié)構(gòu)比非隔震結(jié)構(gòu)的周期延長(zhǎng)(周期對(duì)比見表7)，符合《疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程》對(duì)隔震后的要求。經(jīng)計(jì)算，上部結(jié)構(gòu)隔震前后層間剪力、傾覆力矩比平均值為0.364，由此，可得水平地震影響系數(shù)最大值為0.07，算式如下：

αmax1=βαmax/ψ=0.364×0.16/0.85=0.069。

但參照以往經(jīng)驗(yàn)，確定隔震層以上水平地震影響系數(shù)最大值0.08。

表5 非隔震反應(yīng)譜曲線對(duì)比表

表6 隔震后應(yīng)譜曲線對(duì)比表

表7 隔震前后結(jié)構(gòu)的周期

其后進(jìn)行了隔震支座最大剪力和最大軸力在罕遇地震時(shí)分析，求得隔震層最大水平位移248 mm，隔震支座采用1 m見方大型橡膠支座，滿足要求，且支座最大拉應(yīng)力為0.23 MPa，小于1.0 MPa。本結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的產(chǎn)生的總水平力為1 903 kN，總重力為293 461 kN，風(fēng)荷載的產(chǎn)生的總水平力為結(jié)構(gòu)總重力的0.3%，符合規(guī)范的要求。

4 隔震方案的研討

對(duì)于本工程的隔震設(shè)計(jì)，主要有以下幾點(diǎn)想法：1)在方案階段，就應(yīng)有專業(yè)的設(shè)計(jì)人員參與，因本工程方案階段所選擇的斷開位置不合理，造成設(shè)計(jì)時(shí)重新確定斷開位置，只能采用大直徑的橡膠支座，甚至為將結(jié)構(gòu)井筒與下部結(jié)構(gòu)斷開，只能采用ESB隔震支座，隔震設(shè)計(jì)階段十分艱難。2)框架剪力墻結(jié)構(gòu)在進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量將剪力墻布置于電梯井道范圍以外的范圍，電梯井道周圍利用梁與砌體結(jié)構(gòu)形成井道。3)高寬比接近4的隔震建筑，是否可通過在支墩處增加大型阻尼器，使支墩阻尼達(dá)到設(shè)計(jì)要求。4)地基處理時(shí)將場(chǎng)地土盡量擠密，遇液化地基，或濕陷性場(chǎng)地，盡量采用樁基礎(chǔ)，減少基礎(chǔ)截面，保證基礎(chǔ)以上支墩的檢修空間。