太原市杏花嶺區中心醫院綜合樓隔震方案研討

王 正

(太原市建筑設計研究院，山西 太原 030002)

1 工程概況

杏花嶺區中心醫院綜合樓位于山西省太原市府西街，8度設防，設計地震第二分組。地上樓層數為16層，地下3層。采用框架—剪力墻結構形式，建筑結構高度65.7 m，寬36.0 m，高寬比1.83。屬于重點設防類，乙類建筑，采用隔震技術。隔震支座以上建筑結構布置見圖1，隔震支座見圖2。

2 隔震方案確定

隔震方案設計原則一般為：隔震層宜設在基礎頂部，當地下深度較大，宜在一層地面以下部位，利于隔震溝實現。橡膠隔震支座設置在受力較大的位置。其分布根據豎向構件布置確定。

本工程方案設計階段將隔震層設置于地下1，2層之間(見圖3)，且未貫通，造成隔震層并未將隔震支墩上下完全隔開，此方案無法達到隔震目的。將隔震層貫通后，可達到隔震目的，但將帶來隔震支墩設置數量增加,隔震溝外墻厚度加大(經計算，考慮抗震，墻厚最小在650 mm)，最終隔震溝位于用地紅線以外，方案基本不可實現。后經優化，將隔震層設置于地下1層上部約-1.0 m標高處(見圖4)。

隔震方案選定后，預估支座豎向承載力、側向剛度、阻尼，經計算后確定支座規格和數量。設計目標為隔震后隔震層以上周期延長、地震力減小，在罕遇地震下，隔震層應保持彈性變形，確保不出現不可逆的塑性形變，支座在大震下不出現拉應力。支座以下結構須驗算大震水平地震力，位移角均滿足要求，且構件尺寸未影響建筑使用。

3 隔震后上部水平地震影響系數的確定

3.1 比對模型可行性分析

將ETABS和PKPM-SATWE非隔震、振型分解反應譜法計算,得到的質量、周期和層間剪力進行對比(如表1～表3結果所示差值，算式(∣ETABS-SATWE∣/SATWE)·100%)。

表1 結構質量對比(非隔震)

表2 結構周期對比(非隔震)

由表2可知，兩軟件模型的前三階模態的自振周期基本相同。

由上述數據可知，兩種軟件得出的周期、層間剪力相近。對比分析模型可互相參照。

3.2 反應譜的選擇及地震影響系數的確定

根據《建筑抗震設計規范》條款，本工程最終選取了七條時程曲線(兩條人工波和五條天然波)，如圖5所示，基底剪力對比見表4，七條時程曲線反應譜和規范反應譜曲線如圖6所示。

由波形表可知，選取的波形滿足《抗規》規定。

從圖形判斷各反應譜均值與規范反應譜基本相同。符合《抗規》規定的對應于主要振型的周期點，相差不大于20%的要求。詳細情況見表5，表6。

表3 地震剪力對比(非隔震)

表4 非隔震結構基底剪力

由表5可知，滿足規定。

經中震分析(加速度400)，隔震結構比非隔震結構的周期延長(周期對比見表7)，符合《疊層橡膠支座隔震技術規程》對隔震后的要求。經計算，上部結構隔震前后層間剪力、傾覆力矩比平均值為0.364，由此，可得水平地震影響系數最大值為0.07，算式如下：

αmax1=βαmax/ψ=0.364×0.16/0.85=0.069。

但參照以往經驗，確定隔震層以上水平地震影響系數最大值0.08。

表5 非隔震反應譜曲線對比表

表6 隔震后應譜曲線對比表

表7 隔震前后結構的周期

其后進行了隔震支座最大剪力和最大軸力在罕遇地震時分析，求得隔震層最大水平位移248 mm，隔震支座采用1 m見方大型橡膠支座，滿足要求，且支座最大拉應力為0.23 MPa，小于1.0 MPa。本結構風荷載的產生的總水平力為1 903 kN，總重力為293 461 kN，風荷載的產生的總水平力為結構總重力的0.3%，符合規范的要求。

4 隔震方案的研討

對于本工程的隔震設計，主要有以下幾點想法：1)在方案階段，就應有專業的設計人員參與，因本工程方案階段所選擇的斷開位置不合理，造成設計時重新確定斷開位置，只能采用大直徑的橡膠支座，甚至為將結構井筒與下部結構斷開，只能采用ESB隔震支座，隔震設計階段十分艱難。2)框架剪力墻結構在進行隔震設計時，應盡量將剪力墻布置于電梯井道范圍以外的范圍，電梯井道周圍利用梁與砌體結構形成井道。3)高寬比接近4的隔震建筑，是否可通過在支墩處增加大型阻尼器，使支墩阻尼達到設計要求。4)地基處理時將場地土盡量擠密，遇液化地基，或濕陷性場地，盡量采用樁基礎，減少基礎截面，保證基礎以上支墩的檢修空間。