6月10日凌晨,四川阿壩發生多次地震,應急管理部派出工作組。地震發生時,醫院就成為了搶救人們生命的場所,所以醫院建筑在進行設計時,不僅要滿足醫療使用功能的需求,還要達到抗震防災的要求。那么作為關系生命安危的醫院建筑如何做好減隔震設計?
已于2021年9月1日全面實施的《建設工程抗震管理條例》,以行政法規的形式對減隔震技術的應用提出具體要求。條例第十六條規定,位于高烈度設防地區+地震重點監視防御區(占國土面積40%)的新建學校、幼兒園、醫院、養老機構等公共建筑或對已建成的該類建筑進行抗震加固時,應當采用隔震減震等技術,保證發生設防地震時能夠滿足正常使用要求。本文將以云南大理州覽海婦產醫院一期綜合樓工程案例,分析醫院建筑如何做好減隔震設計。大理州覽海婦產醫院一期綜合樓建筑面積2.3萬平方米,地上12層,地下1層,采用框架剪力墻結構。
大理州覽海婦產醫院一期綜合樓剖面圖本工程為重點設防類,建筑安全等級一級。抗震設防烈度為 8 度(0.2g),設計地震分組第三組,場地類別III類。框架、剪力墻抗震等級一級。九牛自學網www.9npx.com土蜂蜜www.eahai.com天美惠購網www.e24u.com
針對本建筑,隔震方案與消能減震方案對比:
對比表明:采用消能減震更符合本建筑的具體情況,更具可行性。根據本建筑的減震要求確定減震目標和性能目標如下表所示:
遵循“均勻、分散、對稱”的原則,本建筑的黏滯阻尼器布置位置見如下各圖。
主體結構初步設計時,模型中粘滯阻尼器的附加阻尼通過調整結構的阻尼比來考慮。根據以上需求,初步確定附加阻尼比為5%。PKPM模型用于后續施工圖主體結構構件配筋。
確定PKPM非減震結構模型后,使用ETABS軟件建立結構模型如圖所示:
為了校核所建立的結構模型的準確性,將ETABS和PKPM建立的非減震結構模型計算得到的質量、周期、剪力和位移進行對比,結果差異很小,可知,兩模型基本一致,可作為計算依據。在ETABS模型中,粘滯阻尼器采用非線性單元Damper-Exponential模擬。
確定模型后,進行選取地震波,進行彈性時程分析。結果顯示:X向、Y向各樓層阻尼器出力與樓層剪力比值超15%的樓層,比例超過總樓層數的50%,滿足規范要求。由彈性時程分析結果可求得阻尼器耗能及各層應變能,進而求得消能部件附加給結構的有效阻尼比。本工程計算附加阻尼比為5.43%,配筋模型總阻尼比取為5%+5%=10%,符合預期。
減震結構采用ETABS進行彈塑性時程分析,以準確分析主體結構進入塑性的變形特征及阻尼器在大震下所發揮的特性。在ETABS中,主體結構框架梁、柱均定義塑性鉸。彈塑性時程分析過程考慮材料非線性,采用小變形假定,不考慮結構的幾何非線性。彈塑性時程分析過程中,根據規范對所選地震波進行調幅。選取彈性時程分析中的三條地震波進行大震分析,分析結果取包絡值。咩票網www.miepiao.com共丟回收網www.gongdiu.com設計學徒自學網www.sx1c.com
針對黏滯阻尼器周邊子結構設計,建立彈塑性模型時,對于子結構梁柱構件不設置塑性鉸,以便于獲得子結構在大震作用下的彈性內力,進行后續的子結構設計。
罕遇地震作用下,本建筑構件開始進入塑性,框架梁先出現梁鉸,而后柱子出現柱鉸,結構總體滿足“強柱弱梁”的要求。
結構在大震作用下,只有部分構件進入塑性,出現塑性鉸,結構層間位移角平均值為:X向最大為1/264,Y向為1/326;罕遇地震作用下減震結構與非減震結構的水平位移比小于0.75。阻尼器實際出力樓層剪力之和不低于樓層總剪力15%的樓層數大于50%。
計算表明,結構附設了阻尼器后,結構具有良好的抗震耗能機制,保證了結構的安全,達到預期目標。
隨著《建設工程抗震管理條例》的實施,減隔震技術日益普及。合理的減隔震設計不會大量增加成本,但能大大減少地震造成的損失,值得我們更加深入研究。作者:陳朝云