陳春鳴 牟星 周超 肖紅飛

摘要：傳統(tǒng)的裝配式框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、自重輕、整體性好。但是，傳統(tǒng)的裝配式框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)在地震中極易被破壞，隔震設(shè)計(jì)具有以柔克剛的減震優(yōu)勢，所以對裝配式框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)是很必要的。本文利用PKPM和ETABS建模，對一座20層高的裝配式框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)非隔震設(shè)計(jì)進(jìn)行時(shí)程分析，對比受力作用效果。通過比較上部結(jié)構(gòu)的層剪力、傾覆力彎矩等參數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)隔震系數(shù)，分析隔震設(shè)計(jì)的隔震效果。

關(guān)鍵詞：裝配式;框架結(jié)構(gòu);隔震

中圖分類號：TU352 ????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

傳統(tǒng)的裝配式框架結(jié)構(gòu)是指由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成，構(gòu)成承重體系的結(jié)構(gòu)，即由梁和柱組成框架共同抵抗使用過程中出現(xiàn)的水平荷載和豎向荷載。中國建筑科學(xué)研究院對2008年汶川大地震中部分裝配式框架結(jié)構(gòu)房屋的調(diào)查結(jié)果表明，裝配式框架結(jié)構(gòu)在地震中倒塌或嚴(yán)重破壞的約為40%，采用基礎(chǔ)隔震可以延長結(jié)構(gòu)的周期，適當(dāng)增加結(jié)構(gòu)的阻尼，使結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)大大減小，同時(shí)使結(jié)構(gòu)的位移集中于隔震層，上部結(jié)構(gòu)像剛體一樣，自身相對位移很小，從而可減少由于設(shè)計(jì)不當(dāng)而出現(xiàn)的強(qiáng)梁弱柱和薄弱層等問題。

1工況簡介

本文所采用的建筑模型是一棟21層（含隔震層）的鋼筋混凝土裝配式框架結(jié)構(gòu)，建筑高度為73.8m（含隔震層1.8m），結(jié)構(gòu)層高3.6m。使用年限為50年。抗震設(shè)防烈度分為8度和7度，場地類別Ⅱ類，場地特征周期0.35s?；镜卣鸺铀俣?.2g，地面粗糙類別B類，基本風(fēng)壓0.35kN/m2，建筑類別丙類。

2基礎(chǔ)隔震裝配式框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則和依據(jù)

基礎(chǔ)隔震裝配式框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須滿足傳統(tǒng)裝配式框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則即框架柱網(wǎng)布置時(shí)，要從滿足生產(chǎn)工藝要求、滿足建筑的平面要求、使結(jié)構(gòu)合理和方便施工四個(gè)方面考慮?？蚣艿闹W(wǎng)力求做到簡單、規(guī)則、對稱、整齊，以便于隔震支座的布置，同時(shí)隔震支座的布置應(yīng)力求使鉛芯橡膠支座（LBR）和非鉛芯橡膠支座（LNR）結(jié)合使用。內(nèi)部布置非鉛芯橡膠支座保證隔震層具有足夠的恢復(fù)力外沿布置鉛芯橡膠支座控制隔震層的位移。

設(shè)計(jì)依據(jù)為《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3-2010）及其他有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)隔震的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)軟件為中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的商業(yè)軟件PKPM/SATWE，本項(xiàng)目利用該軟件進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析。美國CSI公司開發(fā)的有限元軟件ETABS，本項(xiàng)目利用它進(jìn)行隔震結(jié)構(gòu)的非線性時(shí)程分析和震型分解反應(yīng)譜分析。

3地震波的選取

本文采用的是基于設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的規(guī)范法。其優(yōu)點(diǎn)是所選擇的地震波反應(yīng)譜與規(guī)范的反應(yīng)譜擬合較好，便于時(shí)程分析與振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行比較。地震動(dòng)三要素即地震動(dòng)強(qiáng)度、地震動(dòng)譜特征和地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間。結(jié)構(gòu)隔震后的前三階振型周期點(diǎn)上，所選地震波的平均時(shí)程的地震影響系數(shù)與規(guī)范譜的差值如表2，均小于20%，滿足規(guī)范要求。

4有限元模型的建立和分析對比

建立PKPM模型，在20層上部結(jié)構(gòu)下加層高1.8m的隔震層，確定轉(zhuǎn)換梁和柱的截面。通過SATWE完成上部結(jié)構(gòu)的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并計(jì)算分析控制模型柱的軸壓比，梁的配筋率在規(guī)范的合理范圍內(nèi)，做到節(jié)約成本，結(jié)構(gòu)合理。

ETABS模型的準(zhǔn)確性，主要通過ETABS非隔震模型與PKPM模型的比較，主要振型周期中ETABS模型與PKPM模型相差最大為2.32%，總質(zhì)量相差為4.1%。模型吻合較好。

5隔震效果分析

減震系數(shù)為設(shè)防烈度地震力作用下隔震結(jié)構(gòu)的層剪力或者層傾覆力矩與非隔震結(jié)構(gòu)的比值，比值越小則隔震效果越好。如表2和圖2，圖3所示，裝配式框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震的隔震效果較好，減震系數(shù)在0.4-0.7之間，地震作用大小為影響減震系數(shù)的主要因素。

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）12.2.7規(guī)定“隔震層以上結(jié)構(gòu)的抗震措施當(dāng)水平向減震系數(shù)大于0.4時(shí)不應(yīng)降低非隔震時(shí)的有關(guān)要求：水平向減震系數(shù)小于0.4時(shí)，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)的抗震措施不應(yīng)降低?！闭麄€(gè)結(jié)構(gòu)的減震系數(shù)為各層減震系數(shù)的包絡(luò)值，即取減震系數(shù)最大值，由以上裝配式框架結(jié)構(gòu)減震系數(shù)對比圖知工況（層高、場地類型）設(shè)防烈度為8度時(shí)，減震系數(shù)小于7度時(shí)的減震系數(shù)，即減震效果優(yōu)于設(shè)防烈度為7度。8度設(shè)防烈度裝配式框架結(jié)構(gòu)20層結(jié)構(gòu)的減震系數(shù)位于0.43-0.50之間。

6結(jié)論

裝配式框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)具有很好的隔震效果，在7度和8度設(shè)防地區(qū)可以削減超過50%上部結(jié)構(gòu)的地震作用，所以結(jié)構(gòu)截面相近的工況下隔震結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)非隔震結(jié)構(gòu)更安全。經(jīng)分析比較知，地震作用越大隔震效果越好，裝配式框架結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)適用于地震高發(fā)地區(qū)，隔震技術(shù)的進(jìn)一步研究和推廣將有利于保障人們的財(cái)產(chǎn)和生命安全。

基金項(xiàng)目：2018年廣東省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目“基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂模式在房屋建筑學(xué)中的教學(xué)實(shí)踐”;2018年東莞理工學(xué)院城市學(xué)院高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目重點(diǎn)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：2018yjjg007）。

作者簡介：陳春鳴（1987-），男，漢族，湖南雙峰人，碩士研究生，講師，從事綠色建筑和新型混凝土結(jié)構(gòu)方面研究。

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