大底盤層間隔震結構抗震性能研究

2011-02-26 08:35:12劉勇軍裘喜蕓許海艷

水利與建筑工程學報 2011年2期

關鍵詞：結構

劉勇軍,裘喜蕓,許海艷

(1.西安建筑科技大學土木工程學院,陜西西安710055;2.武漢東藝建筑設計有限公司,湖北武漢430015;3.中冶南方工程技術有限公司,湖北武漢430223)

隨著我國城市化進程的加快,大底盤塔式高層建筑結構大量涌現,臨街高層建筑的1層～3層一般都設計為大底盤,作為商場、酒店或者辦公用房。大底盤塔式結構屬于豎向不規則結構,大底盤與上部結構的突然轉換,導致其剛度發生突變,成為建筑抗震的薄弱環節,其抗震性能比較差。如何保證該類結構在地震作用下的安全性,成為這類結構抗震設計的關鍵。隔震技術是20世紀最具代表性的結構抗震技術之一,國內外的地震中,隔震建筑表現出了良好的減震效果。

從模型試驗結果和已建的隔震結構在地震中的強震記錄得知,隔震結構的加速度反應只相當于傳統抗震結構加速度反應的1/4～1/12,而且應用隔震技術可以減少上部結構的地震反應,使上部結構的構件截面、配筋可以有所減少,降低了工程的總造價[1]。層間隔震技術是將水平剛度很小的隔震裝置設置在上部結構某一層的柱頂,依靠隔震層較大的變形和消耗能力,隔離地震波向上部結構的傳遞,削弱地震作用對上部結構的影響,保證建筑物在地震作用下的安全和使用功能。

本文以實際工程為例,研究大底盤結構按傳統抗震方法與層間隔震理論設計方法設計時,結構的加速度幅值、層間相對位移和層間剪力的差異,說明層間隔震結構的減震效果。

1 隔震技術簡介

1.1 隔震技術原理

隔震技術的原理是設置水平剛度很小的隔震層,將結構分為上部結構、隔震層和下部結構,建筑結構的隔震層水平剛度較小而豎向剛度很大,可以延長結構的自振周期,使結構的自振周期遠離場地的卓越周期,避免共振,使建筑物在地震作用下只做輕微的運動,保證結構本身和內部儀器設備的安全。同時,利用它的耗能能力減少傳入結構的地震能量,從而保證建筑物在地震時的安全和使用功能[2]。

1.2 隔震類型

1.2.1 基礎隔震

在建筑物最下層的基礎部位設隔震層和隔震裝置,是最基本的隔震結構形式,也是在工程中應用最多的隔震形式。

1.2.2 層間隔震

在基礎以上的中間樓層設置隔震層,下部結構同普通建筑物一樣直接與地基接觸,但隔震層以下的樓層需要做抗震處理。在市區場地不太寬裕時,可把隔震層設計在地面以上,在空中變形有利于節約用地。

2 工程背景

該工程的大底盤為2層,層高均為4.5 m;上部單塔結構的層高均為3.0m。抗震設防烈度為8度,場地類型為Ⅱ類,設計基本地震加速度值為0.2g,設計地震分組為第三組,場地特征周期為0.45 s。

該工程1層、2層混凝土強度等級為C35,3層至8層混凝土強度等級為C30。框架柱截面尺寸為600 mm×600 mm,縱橫向主梁截面尺寸為300 mm×600 mm,走廊梁的截面尺寸為300 mm×400 mm,圖1、圖2分別為其大地盤和塔樓的平面布置圖。

圖1 大地盤結構平面布置圖

圖2 塔樓結構平面布置圖

3 隔震結構性能分析

3.1 模型的建立

由于大底盤與上部單塔之間發生剛度的突變,所以將隔震層放置在大底盤2層頂。確定隔震支座的型號(直徑)及數量的方法是由上部結構重量計算出柱底部最大軸力設計值,再加上本層荷載分配給每個支座上的豎向力設計值,得到每個支座上軸力設計值,然后根據《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)第12章12.2.3中隔震支座豎向平均壓應力限值的規定確定每個支座的直徑。本工程安裝了28個型號為LRB500的鉛芯疊層橡膠隔震支座。支座的布置原則是將隔震支座的形心與柱子的截面形心重合。隔震支座的性能參數詳見表1所示。

隔震支座布置圖見圖3所示。