某框架結(jié)構(gòu)教學(xué)樓隔震設(shè)計(jì)方法研究

王云波 崔 桐

(1.平?jīng)鍪薪ㄖ芾砭?，甘肅 平?jīng)?744000; 2.浙江工業(yè)大學(xué)，浙江 杭州 310000)

建筑基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)是建筑物減隔震技術(shù)的一項(xiàng)主要技術(shù)措施之一，其重要意義在于能有效減輕建筑物的地震作用，提高建筑物的抗震能力并有效抵御地震災(zāi)害的破壞能力，提高建筑物的抗震設(shè)防水平，最大限度的減輕地震災(zāi)害損失，有效保障人民群眾的生命安全，避免地震災(zāi)害給國家和人民造成巨大財(cái)產(chǎn)損失，體現(xiàn)了“以人為本”的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想，變被動(dòng)救災(zāi)為主動(dòng)防災(zāi)減災(zāi)。

1 工程概況

某教學(xué)樓工程位于甘肅省榆中縣，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地下1層，地上4層。地下1層為隔震檢修層，地上4層建筑功能為普通教室、教師辦公室、廣播室、衛(wèi)生保健室、體育器材室、功能教室、衛(wèi)生間等。教學(xué)樓總長48.3 m，總寬16.8 m，建筑面積為3 793 m2。地下1層層高為2.1 m，1層～4層層高為3.6 m，樓梯間、水箱間出屋面，層高為3.6 m。室內(nèi)外高差0.75 m，建筑高度為15.15 m。本工程抗震設(shè)防烈度8度，建筑耐火等級為二級，填充墻砌體施工質(zhì)量控制等級為B級，結(jié)構(gòu)安全等級為二級，建筑設(shè)計(jì)使用年限為50年。教學(xué)樓結(jié)構(gòu)采用基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)，教學(xué)樓基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)。

2 結(jié)構(gòu)隔震目標(biāo)及隔震設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 結(jié)構(gòu)隔震目標(biāo)

在可能發(fā)生的罕遇地震的情況下，使上部結(jié)構(gòu)的水平地震作用減小，降低主體結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件發(fā)生塑性損傷的概率，使結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)能被控制在安全的范圍內(nèi)，確保人員安全，減輕地震災(zāi)害對建筑物的破壞程度。

2.2 結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，該教學(xué)樓的抗震設(shè)防類別為乙類(重點(diǎn)設(shè)防類)，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震基本加速度0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05，場地特征周期為0.45 s。

該教學(xué)樓若按一般框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：多遇地震水平地震影響系數(shù)最大值為0.16，罕遇地震水平地震影響系數(shù)最大值為0.9，框架抗震等級為一級，框架柱軸壓比限值為0.65。

依據(jù)該教學(xué)樓的隔震分析報(bào)告提供的主要分析內(nèi)容及參數(shù)如下：該結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)β=0.324 6，依據(jù)DB 62/T25—3055—2011甘肅省建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程，結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)小于0.4，抗震設(shè)防烈度為8度，抗震設(shè)防類別為乙類建筑，建筑高度為15.15 m<24 m，隔震后上部結(jié)構(gòu)的抗震措施可降低，因此，上部結(jié)構(gòu)的框架抗震等級可降為二級，但框架柱的軸壓比限值仍按一級框架考慮，即軸壓比限值仍為0.65。隔震后的水平地震影響系數(shù)αmax1=0.064 9。在罕遇地震作用下，隔震支座拉應(yīng)力不應(yīng)大于1 MPa，壓應(yīng)力不應(yīng)大于2倍的設(shè)計(jì)壓應(yīng)力限值。

依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第12.2.7.2條“水平向減震系數(shù)不大于0.4時(shí)(設(shè)置阻尼器時(shí)為0.38)，可適當(dāng)降低本規(guī)范有關(guān)章節(jié)對非隔震建筑的要求，但烈度降低不得超過1度，與抵抗豎向地震作用有關(guān)的抗震構(gòu)造措施不應(yīng)降低?！?，在對該教學(xué)樓結(jié)構(gòu)采用PKPM結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行計(jì)算時(shí)，其隔震后的水平地震影響系數(shù)αmax1=0.064 9進(jìn)行調(diào)整，按抗震設(shè)防烈度降低半度進(jìn)行設(shè)計(jì)，故隔震后的水平地震影響系數(shù)α取值為0.08，按抗震設(shè)防烈度降低半度進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)計(jì)算。

故該教學(xué)樓結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)的主要參數(shù)如下：隔震后的水平地震影響系數(shù)最大值為0.08，罕遇地震水平地震影響系數(shù)最大值為0.9，框架抗震等級為二級，框架柱軸壓比限值為0.65。

罕遇地震下各隔震支座的最大位移為195 mm。根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范12.2.7的規(guī)定：隔震結(jié)構(gòu)應(yīng)采取不阻礙隔震層在罕遇地震下發(fā)生大變形的構(gòu)造措施，建筑上部結(jié)構(gòu)周邊應(yīng)設(shè)置豎向隔離縫，縫寬不宜小于各隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移值的1.2倍，且不小于200 mm。本工程各隔震支座在罕遇地震下的最大位移為195 mm，其1.2倍為234 mm，取整后為250 mm。故豎向隔離縫凈寬應(yīng)不小于a=250 mm。上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)之間還應(yīng)設(shè)置完全貫通的水平隔離縫，縫高20 mm，并用柔性材料填充。

3 隔震層結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)

3.1 隔震層的層高

該教學(xué)樓地下1層為隔震檢修層，該層再無其他建筑功能，隔震層的層高應(yīng)以預(yù)留隔震支座基本的檢修空間為主要因素確定，層高過高工程造價(jià)相應(yīng)增大，不經(jīng)濟(jì)；層高過低不利于施工人員進(jìn)入隔震層對隔震支座進(jìn)行維護(hù)檢修。隔震層的梁下凈高控制在1.2 m～1.5 m左右為宜，隔震層層高控制在1.8 m～2.1 m左右為宜。該教學(xué)樓的隔震層層高為2.1 m，梁高分別為0.7 m,0.6 m,0.5 m，板厚為160 mm，梁下最小凈高為1.4 m，板下凈高約為1.9 m，隔震檢修層的凈空高度合理。

3.2 隔震層的頂板樓蓋

隔震層頂部樓蓋應(yīng)設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土現(xiàn)澆梁板式樓蓋，現(xiàn)澆板厚度不應(yīng)小于160 mm，隔震層頂部框架梁、板的剛度和承載力宜大于上部一般框架梁、板的剛度和承載力。隔震層頂部框架梁、板的混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%時(shí)，方可拆除模板。

3.3 隔震層外墻

隔震層地面設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造底板，板厚不宜小于200 mm，構(gòu)造底板沿隔震層四周外側(cè)上柱墩外邊懸挑形成隔震層外墻，隔震層外墻與懸挑的構(gòu)造底板澆筑為整體，隔震層外墻應(yīng)按能夠抵抗地下室外側(cè)土壓力的鋼筋混凝土懸臂外墻設(shè)計(jì)。隔震層外墻與四周上支墩的凈距不應(yīng)小于250 mm，隔震層外墻與四周下支墩的凈距應(yīng)考慮隔震支座的檢修空間，其凈間距不小于600 mm，兩者取較大值進(jìn)行控制。隔震層外墻與隔震層頂板之間設(shè)置完全貫通的水平隔離縫，縫高20 mm，并用柔性材料填充。隔震層底板、外墻、頂板的設(shè)計(jì)以及外墻與下支墩的間距如圖1所示。

3.4 隔震支座的上支墩、下支墩

該教學(xué)樓的基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，為了便于預(yù)埋隔震橡膠支座的錨栓，需在樁基礎(chǔ)頂部設(shè)置下支墩(即鋼筋混凝土承臺(tái))，樁頭錨入下支墩長度為100 mm。下支墩頂面安裝隔震橡膠支座，隔震橡膠支座上部為上支墩(截面較大的鋼筋混凝土框架柱)，上支墩頂部為上部結(jié)構(gòu)的框架柱?？紤]到上支墩作為框架柱的嵌固支墩，其截面高度及寬度宜不小于框架柱截面高度及寬度+200 mm。下支墩(承臺(tái))作為隔震支座的錨固支墩，其平面的寬度及長度宜不小于上支墩截面寬度及高度+300 mm～400 mm，下支墩(承臺(tái))平面的寬度及長度應(yīng)滿足樁基承臺(tái)的構(gòu)造要求，下支墩(承臺(tái))的高度h不應(yīng)小于100 mm+基礎(chǔ)梁最大高度+500 mm，500 mm為下支墩露出隔震層地面的最小高度，便于隔震支座的檢修維護(hù)及更換。下支墩、隔震支座、上支墩的設(shè)置如圖1所示。

4 隔震支座的選型與布置

依據(jù)該教學(xué)樓的隔震分析報(bào)告，本工程的隔震支座均采用橡膠隔震支座，橡膠隔震支座分為兩種類型，一種為鉛芯橡膠支座(有阻尼裝置，編號(hào)為LRB)，一種為無鉛芯橡膠支座(編號(hào)為LNR)。橡膠隔震支座的類型及型號(hào)(有效直徑)均根據(jù)隔震報(bào)告的隔震計(jì)算分析出的結(jié)構(gòu)位移及框架柱柱底內(nèi)力確定。鉛芯橡膠支座一般布置于周邊框架柱下，無鉛芯橡膠支座一般布置于中部框架柱下，根據(jù)結(jié)構(gòu)位移控制需要，部分中部框架柱下也會(huì)布置鉛芯橡膠支座。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，橡膠隔震支座的選型與布置應(yīng)嚴(yán)格按照隔震分析報(bào)告提供的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。橡膠隔震支座與上、下支墩的連接采用預(yù)埋螺桿套筒，預(yù)埋螺桿套筒的直徑、錨固長度及孔位均應(yīng)以隔震分析報(bào)告提供的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并應(yīng)滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第12.2.8.2條的要求。

該教學(xué)樓在隔震層內(nèi)每根框架柱的上、下支墩之間設(shè)置一個(gè)橡膠隔震支座。各橡膠隔震支座底標(biāo)高(即下支墩頂標(biāo)高)相同，由于橡膠隔震支座的型號(hào)(有效直徑)不同，其高度也不同，故需根據(jù)橡膠隔震支座高度推算橡膠隔震支座頂標(biāo)高(即上支墩底標(biāo)高)。隔震支座上支墩、隔震支座形心和下支墩的截面形心應(yīng)重合。該教學(xué)樓選用的橡膠隔震支座為LRB400支座22個(gè)、LNR400支座12個(gè)、LRB500支座12個(gè)。

橡膠隔震支座與上、下支墩的連接采用預(yù)埋螺桿套筒，在下支墩的頂面預(yù)埋螺桿套筒及鋼板，橡膠隔震支座吊裝就位后安裝固定螺栓，在橡膠隔震支座上部鋼板頂部支模板、綁扎鋼筋并預(yù)埋上支墩底部的螺桿套筒及鋼板，安裝上支墩底部的固定螺栓，然后澆筑上支墩混凝土。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)尚應(yīng)說明橡膠隔震支座產(chǎn)品的質(zhì)量外觀、力學(xué)性能、耐久性能的復(fù)試檢驗(yàn)要求和橡膠隔震支座的安裝偏差要求。

5 結(jié)語

通過對某框架結(jié)構(gòu)教學(xué)樓基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)中上部結(jié)構(gòu)隔震目標(biāo)的確定、上部結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)參數(shù)的確定進(jìn)行分析，對如何提取、運(yùn)用隔震分析報(bào)告中的主要參數(shù)提供一些經(jīng)驗(yàn)參考，并對隔震層結(jié)構(gòu)構(gòu)造、隔震支座的選型與布置的重點(diǎn)進(jìn)行剖析，為高烈度區(qū)教育、醫(yī)療類多層公共建筑的基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)、施工提供一些經(jīng)驗(yàn)性的參考。