某多層框架辦公樓基礎(chǔ)隔震改造設(shè)計

卓宏博 屈俊童 吳少波

摘 要：本文主要介紹了云南省某多層框架結(jié)構(gòu)辦公樓的抗震加固改造設(shè)計方案，采用Etabs9.0對三維結(jié)構(gòu)模型進行時程分析，通過對比，分析了非隔震結(jié)構(gòu)與采用基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。結(jié)果表明，采用基礎(chǔ)隔震加固改造設(shè)計，可以有效提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。在抗震設(shè)防烈度發(fā)生改變的地區(qū)，對老舊建筑采用基礎(chǔ)隔震進行抗震加固改造，可以滿足現(xiàn)階段的抗震設(shè)防目標(biāo)，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)隔震；隔震加固；時程分析

Abstract：This paper introduced a reinforcement and reconstruction design of a frame structure in Yunnan province. In this project， Etabs 9.0 was used for the time-history analyses of the 3D structure model. Comparing the non isolated structure and the isolated structure， the earthquake response of were analysed. The results show that， the seismic isolation technology can effectively improve the seismic performance of structures. The old buildings in the area where the？seismic fortification intensity was changed can satisfy the seismic fortification goal at the present stage by using the base isolation？retrofitting. And Isolation retrofitting of buildings is safety and economy.

Keywords： base isolation retrofitting， Isolation reinforcement， time-history analyses

引言

自上世紀(jì)50年代李善邦主持編制了我國第一代地震烈度區(qū)劃圖以來，我國的地震設(shè)防烈度區(qū)劃圖分別經(jīng)歷了1977、1992、2001、2010共五次修改。為適應(yīng)抗震設(shè)防的發(fā)展要求，某一地區(qū)的抗震設(shè)防烈度會有相應(yīng)的變化。如2008年汶川地震后，汶川地區(qū)的抗震設(shè)防烈度由原來的7度提高為8度。地震設(shè)防烈度的變化，導(dǎo)致大量老舊房屋的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)不能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。因此，此類建筑亟需進行抗震加固，以滿足正常使用的要求。

對于抗震構(gòu)造不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的建筑，若采用傳統(tǒng)加固方法，提高結(jié)構(gòu)的整體剛度和承載力，成本高，工程量比較大，還會影響建筑的正常使用功能。

隔震加固技術(shù)是建筑物抗震加固改造中的一種新技術(shù)，國內(nèi)外已經(jīng)有許多應(yīng)用。采用基礎(chǔ)隔震技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)進行加固改造，是在建筑物基礎(chǔ)部分增設(shè)隔震層，延長結(jié)構(gòu)的自振周期，減輕地震荷載作用對上部結(jié)構(gòu)的影響，顯著提高結(jié)構(gòu)的抗震承載能力[5]。本文研究了昆明地區(qū)一幢8層框架結(jié)構(gòu)采用基礎(chǔ)隔震技術(shù)進行抗震加固改造設(shè)計方案，結(jié)果表明，采用基礎(chǔ)隔震加固方案，能夠充分利用原結(jié)構(gòu)的抗震承載力，減少抗震加固改造工程的工程量，并且加固過程中不影響上部結(jié)構(gòu)的正常使用。

1.工程概況

本工程位于位于云南省昆明市，建筑面積約6800m2。該辦公樓為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上8層，局部九層，總高度34.2m。該建筑由三部分組成，中間部分3跨9層主樓，兩側(cè)各有6跨8層輔樓，主樓與輔樓之間設(shè)有從基礎(chǔ)斷開的防震縫。辦公樓實景如圖1所示。

該建筑建造于1989年11月份，原設(shè)計采用TJ74抗震設(shè)計規(guī)范，進行7度設(shè)防，設(shè)計基本地震加速度峰值為0.1g?，F(xiàn)階段昆明地區(qū)抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計基本地震加速度峰值為0.2g。該建筑所處地區(qū)為二類場地，設(shè)計地震分組第三組，場地特征周期0.45s。因此該建筑的實際抗震設(shè)防設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)較現(xiàn)行規(guī)范要求有較大的差距，需要進行抗震加固改造才能繼續(xù)使用，經(jīng)綜合考慮，采用基礎(chǔ)隔震技術(shù)對該工程進行抗震加固改造。

2.抗震加固改造設(shè)計方案

原建筑采用柱下條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為3.0m，設(shè)有地基梁，無地下室。綜合考慮不影響上部辦公樓的正常使用，將隔震層設(shè)置在房屋地基梁與基礎(chǔ)之間，即采用基礎(chǔ)隔震加固。

為保證隔震層具有足夠的剛度，文獻[1]規(guī)定，隔震支座的相關(guān)部位應(yīng)采用現(xiàn)澆混凝土梁板結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆板厚度不應(yīng)小于160mm。本工程在原結(jié)構(gòu)±0.000處，即地基梁處通過植筋，澆筑160mm厚混凝土現(xiàn)澆板，以提高隔震層整體剛度。原結(jié)構(gòu)主樓與輔樓之間設(shè)有兩條抗震縫，抗震縫自基礎(chǔ)斷開。為保證隔震結(jié)構(gòu)的整體性，在1/6～7軸、1/10～11軸間，采用植筋的方式，自基礎(chǔ)底部，在每層各個對應(yīng)構(gòu)件之間增設(shè)框架梁、現(xiàn)澆板，使整個結(jié)構(gòu)連成一個整體。

文獻[1]規(guī)定，隔震支座應(yīng)設(shè)置在受力較大的位置，間距不宜過大，隔震支座的規(guī)格、數(shù)量和分布應(yīng)根據(jù)豎向承載力、側(cè)向剛度和阻尼比的要求通過計算確定。

本工程采用LRB600、LNR600兩種型號橡膠隔振支座。隔震支座性能參數(shù)見表1。

在布置隔震支座時，保證橡膠隔震支座在重力荷載代表值的豎向壓應(yīng)力不應(yīng)超過12MPa，并且罕遇地震作用下，隔震支座不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)少數(shù)隔震支座出現(xiàn)拉應(yīng)力時，其拉應(yīng)力不應(yīng)大于1.0MPa[1][2]。通過兩種隔震支座的布置，使得隔震層剛心與結(jié)構(gòu)質(zhì)心相重合。本工程隔震支座平面布置方案如圖2所示。

3.抗震性能分析

3.1計算模型

本工程使用大型有限元軟件ETABS9.0建立隔震與非隔震結(jié)構(gòu)模型，并進行計算與分析，隔震結(jié)構(gòu)模型見圖3。ETABS9.0軟件具有方便靈活的建模功能和強大的線性和非線性動力分析功能，橡膠隔震支座采用Rubber Isolator非線性單元模擬。

3.2地震波選取

根據(jù)文獻[1]的規(guī)定：采用時程分析法時，應(yīng)按建筑場地類別和設(shè)計地震分組選用實際強震記錄和人工模擬的加速度時程，其中實際強震記錄的數(shù)量不應(yīng)少于總數(shù)的2/3，多組時程的平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符。

本工程選取了實際2條強震記錄El cenrto波，Taft波和1條人工波。小震水平地震波加速度幅值調(diào)至0.07g，中震水平地震波加速度幅值調(diào)至0.2g，中震水平地震波加速度幅值調(diào)至0.4g[1]。

計算結(jié)果表明，每條時程曲線計算的結(jié)構(gòu)底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜計算結(jié)果的65%，多條時程計算的結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的80%，滿足規(guī)范要求。

3.3隔震效果分析

3.3.1結(jié)構(gòu)基本動力特性

隔震模型中，一階振型以隔震層沿X方向平動為主，周期由1.080s延長至2.217s；二階振型以隔震層沿Y方向平動為主，周期由1.035s延長至2.160s；三階振型以隔震層沿Z軸扭轉(zhuǎn)為主。

3.3.2多遇地震分析

圖3中為隔震前后，結(jié)構(gòu)在多遇地震下的最大層間剪力對比。由表中可見，在采用基礎(chǔ)隔震加固之后，該結(jié)構(gòu)在多遇地震下，最大層間剪力減小至原結(jié)構(gòu)的40%以下，見表2。

3.3.3罕遇地震分析

罕遇地震下，隔震支座的最大水平位移應(yīng)小于0.55倍橡膠外徑和3倍橡膠總厚度[1]。本工程中所采用的橡膠隔震支座LRB600、LNR600的橡膠外徑為600mm，內(nèi)部橡膠總厚度為110mm。由表2知隔震支座罕遇地震下最大水平位移為155mm，小于水平位移的限值330mm。

4.結(jié)語

本文在相關(guān)加固改造研究成果的基礎(chǔ)上，介紹了某老建筑的隔震加固改造設(shè)計，采用基礎(chǔ)隔震加固方案。通過計算分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）采用基礎(chǔ)隔震加固改造設(shè)計方案，加固施工工期較短，對原結(jié)構(gòu)的正常使用影響較小，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

（2）采用基礎(chǔ)隔震加固改造設(shè)計方案，可以有效減輕上部結(jié)構(gòu)的地震作用，原結(jié)構(gòu)不需處理或者僅作簡單處理，就可以滿足抗震設(shè)防烈度提高一度的要求，達到抗震加固的目的。對于類似抗震設(shè)防要求不能滿足現(xiàn)行規(guī)范的老舊建筑的加固改造工程，具有一定借鑒意義。

參考文獻

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