某醫(yī)院門急診醫(yī)技樓結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析

郭瑞峰 （安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽合肥230009）

1 工程概況

某醫(yī)院門急診醫(yī)技樓，地上4層，地下1層，混凝土框架結(jié)構(gòu)。地上建筑面積34500㎡，地下建筑面積24500㎡，建筑高度22.8m，平面尺寸120m×97m，標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)8.1m×8.4m。基礎(chǔ)等級(jí)為甲級(jí)，采用天然地基，基礎(chǔ)形式采用筏板+下柱墩?？拐鹪O(shè)防烈度為7度，重點(diǎn)設(shè)防類，按8度采取抗震措施，框架抗震等級(jí)為二級(jí)，嵌固部位取地下室頂。

本工程存在的不規(guī)則項(xiàng)較多，分別為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、樓板不連續(xù)和局部穿層柱?？紤]工程的重要性和復(fù)雜性，按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）第3.6.2條要求，對(duì)其進(jìn)行罕遇地震作用下的彈塑性時(shí)程分析。

2 罕遇地震作用下動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析

采用YJK-EP軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震作用下的動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析計(jì)算。

圖1 鳥瞰圖

圖2 三、四層結(jié)構(gòu)平面圖

2.1 地震波的選取

選取兩組天然波和一組人工波進(jìn)行時(shí)程分析。單條地震波特征周期接近0.40s，最大峰值接近220gal，有效持續(xù)時(shí)間大于周期的五倍且大于15s。

三組地震波的反應(yīng)譜、平均反應(yīng)譜及與規(guī)范譜的對(duì)比結(jié)果，見圖4所示，相差均小于20%，滿足“統(tǒng)計(jì)意義相符”的規(guī)定。

圖3 T1波加速度時(shí)程曲線（主方向、次方向）

圖4 罕遇地震下各地震波加速度反應(yīng)譜與規(guī)范譜對(duì)比

2.2 樓層最大響應(yīng)

罕遇地震作用下彈性和彈塑性時(shí)程分析最大樓層位移、最大樓層位移角、最大樓層剪力曲線及數(shù)據(jù)對(duì)比見圖5、圖6、圖7和下表所示。

圖5 最大樓層位移曲線

圖6 最大樓層剪力曲線

圖7 最大樓層位移角曲線

分析可知，結(jié)構(gòu)彈塑性與彈性時(shí)程包絡(luò)曲線基本一致，各條波基底剪力與小震彈性CQC計(jì)算的剪力比值均比較符合經(jīng)驗(yàn)值，證明時(shí)程分析計(jì)算結(jié)果真實(shí)可信。結(jié)構(gòu)的最大層間位移角分別為X向1/146、Y向1/176，均小于規(guī)范限值(框架結(jié)構(gòu)為 1/50)。

結(jié)構(gòu)最大頂點(diǎn)位移、基底剪力對(duì)比

2.3 地震反應(yīng)過(guò)程分析

圖8、圖9、圖10、圖11是結(jié)構(gòu)在人工波R1作用下的大震彈性和大震彈塑性基底剪力時(shí)程曲線，分析可知：

圖8 地震波X主方向第5層X方向位移時(shí)程曲線

圖9 地震波Y主方向第5層X方向位移時(shí)程曲線

圖10 地震波X主方向第1層X方向剪力時(shí)程曲線

圖11 地震波Y主方向第1層X方向剪力時(shí)程曲線

①第一階段：0.0～4.0s，彈性時(shí)程和彈塑性時(shí)程的節(jié)點(diǎn)位移和基底剪力曲線基本吻合。

②第二階段：4.0s～8.0s，部分構(gòu)件開始屈服，與此同時(shí)，結(jié)構(gòu)剛度退化，阻尼比增加，周期變長(zhǎng)，吸收的地震剪力變小，彈塑性分析的基底剪力逐漸小于彈性時(shí)程。

③第三階段：8.0s開始可以看到彈塑性基底剪力到達(dá)峰值的時(shí)間滯后于彈性基底剪力，這表明此時(shí)的結(jié)構(gòu)的剛度已經(jīng)較初始狀態(tài)有退化，且差異逐漸增大。

2.4 框架損傷分析

框架損傷情況如圖12、圖13所示，分析可知：

圖12 混凝土受壓損傷圖

圖13 鋼筋受拉損傷圖

①框架柱基本完好，各層混凝土受壓均無(wú)損壞，鋼筋受拉僅個(gè)別角柱出現(xiàn)輕微和中度破壞。說(shuō)明角柱作為關(guān)鍵構(gòu)件，在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，有必要進(jìn)行進(jìn)一步加強(qiáng)。

②框架梁出現(xiàn)輕微損壞和中度破壞，根據(jù)軟件給出的“損傷等級(jí)所占比例”統(tǒng)計(jì)：梁輕微損壞約5%，經(jīng)查損壞部位主要集中于2、3層連廊處，說(shuō)明單跨框架連廊在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)有必要進(jìn)一步加強(qiáng)。

2.5 樓板損傷分析

樓板損傷情況，如圖14所示，分析可知：

圖14 3F樓板拉、壓損傷云圖

①樓板損傷主要為受拉損傷，較為集中地分布在洞口邊緣、連廊、角部和端部，但整體損傷均不大；

②從損傷指標(biāo)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，樓板整體大部分處于無(wú)損傷狀態(tài)（各層“基本完好”比例均＞95%），樓板局部進(jìn)入輕微損傷～輕度損傷。

3 結(jié)論

罕遇地震作用下動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析抗震性能評(píng)述如下：

①結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的最大彈塑性頂點(diǎn)位移為107mm，X方向的最大彈塑性層間位移角為1/146，Y向的最大彈塑性層間位移角為1/176，均滿足1/50的規(guī)范限制要求；

②框架柱在罕遇地震作用下基本完好，框架梁大部分無(wú)破損，僅個(gè)別構(gòu)件出現(xiàn)輕微損壞和中度損壞，經(jīng)修復(fù)或加固后可繼續(xù)使用；

③各層樓板損傷主要為受拉損傷，較為集中地分布在洞口邊緣、連廊、角部和端部，但整體損傷均不大?？蓾M足大震下保持樓板完整性和抗拉、抗壓不屈服。

綜上，結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下主要指標(biāo)和構(gòu)件損壞程度均在可控范圍內(nèi)，可以達(dá)到預(yù)定的抗震性能目標(biāo)，能滿足“大震不倒”的設(shè)防要求。

4 建議

本工程除滿足規(guī)范要求的各項(xiàng)抗震措施之外，針對(duì)分析結(jié)果，擬采取的補(bǔ)充加強(qiáng)措施如下：

①豎向構(gòu)件（框架柱）配筋結(jié)果除滿足小震彈性計(jì)算及抗震等級(jí)調(diào)整后的配筋外，另與中震不屈服計(jì)算結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件（1層全部框架柱、2層～4層框架角柱和門廳周邊的穿層柱）采取提高抗震等級(jí)至一級(jí)的方式進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)。

②單跨框架連廊應(yīng)滿足中震彈性計(jì)算結(jié)果。

③由于各體塊角部連接較弱，配筋整體計(jì)算時(shí)，對(duì)連接體單跨框架樓板采用彈性樓板假定。另將本工程分成四個(gè)單獨(dú)體塊，分別進(jìn)行抗震計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與整體計(jì)算結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。

④樓板設(shè)計(jì)考慮樓板應(yīng)力分析計(jì)算結(jié)果，各層樓板均雙層雙向配筋。在端部和角部應(yīng)力集中處結(jié)合各層溫度應(yīng)力分析結(jié)果設(shè)置抗溫度鋼筋。洞口周邊板厚適當(dāng)加厚。連廊板厚加厚至150mm。