某醫院門急診醫技樓結構彈塑性時程分析

郭瑞峰 （安徽省建筑設計研究總院股份有限公司，安徽合肥230009）

1 工程概況

某醫院門急診醫技樓，地上4層，地下1層，混凝土框架結構。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，標準柱網8.1m×8.4m。基礎等級為甲級，采用天然地基，基礎形式采用筏板+下柱墩。抗震設防烈度為7度，重點設防類，按8度采取抗震措施，框架抗震等級為二級，嵌固部位取地下室頂。

本工程存在的不規則項較多，分別為扭轉不規則、凹凸不規則、樓板不連續和局部穿層柱。考慮工程的重要性和復雜性，按照《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）第3.6.2條要求，對其進行罕遇地震作用下的彈塑性時程分析。

2 罕遇地震作用下動力彈塑性時程分析

采用YJK-EP軟件對結構進行罕遇地震作用下的動力彈塑性時程分析計算。

圖1 鳥瞰圖

圖2 三、四層結構平面圖

2.1 地震波的選取

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

三組地震波的反應譜、平均反應譜及與規范譜的對比結果，見圖4所示，相差均小于20%，滿足“統計意義相符”的規定。

圖3 T1波加速度時程曲線（主方向、次方向）

圖4 罕遇地震下各地震波加速度反應譜與規范譜對比

2.2 樓層最大響應

罕遇地震作用下彈性和彈塑性時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據對比見圖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，結構彈塑性與彈性時程包絡曲線基本一致，各條波基底剪力與小震彈性CQC計算的剪力比值均比較符合經驗值，證明時程分析計算結果真實可信。結構的最大層間位移角分別為X向1/146、Y向1/176，均小于規范限值(框架結構為 1/50)。

結構最大頂點位移、基底剪力對比

2.3 地震反應過程分析

圖8、圖9、圖10、圖11是結構在人工波R1作用下的大震彈性和大震彈塑性基底剪力時程曲線，分析可知：

圖8 地震波X主方向第5層X方向位移時程曲線

圖9 地震波Y主方向第5層X方向位移時程曲線

圖10 地震波X主方向第1層X方向剪力時程曲線

圖11 地震波Y主方向第1層X方向剪力時程曲線

①第一階段：0.0～4.0s，彈性時程和彈塑性時程的節點位移和基底剪力曲線基本吻合。

②第二階段：4.0s～8.0s，部分構件開始屈服，與此同時，結構剛度退化，阻尼比增加，周期變長，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程。

③第三階段：8.0s開始可以看到彈塑性基底剪力到達峰值的時間滯后于彈性基底剪力，這表明此時的結構的剛度已經較初始狀態有退化，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損壞，鋼筋受拉僅個別角柱出現輕微和中度破壞。說明角柱作為關鍵構件，在施工圖設計時，有必要進行進一步加強。

②框架梁出現輕微損壞和中度破壞，根據軟件給出的“損傷等級所占比例”統計：梁輕微損壞約5%，經查損壞部位主要集中于2、3層連廊處，說明單跨框架連廊在施工圖設計時有必要進一步加強。

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從損傷指標評定標準來看，樓板整體大部分處于無損傷狀態（各層“基本完好”比例均＞95%），樓板局部進入輕微損傷～輕度損傷。

3 結論

罕遇地震作用下動力彈塑性時程分析抗震性能評述如下：

①結構在罕遇地震作用下的最大彈塑性頂點位移為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，框架梁大部分無破損，僅個別構件出現輕微損壞和中度損壞，經修復或加固后可繼續使用；

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。可滿足大震下保持樓板完整性和抗拉、抗壓不屈服。

綜上，結構在罕遇地震作用下主要指標和構件損壞程度均在可控范圍內，可以達到預定的抗震性能目標，能滿足“大震不倒”的設防要求。

4 建議

本工程除滿足規范要求的各項抗震措施之外，針對分析結果，擬采取的補充加強措施如下：

①豎向構件（框架柱）配筋結果除滿足小震彈性計算及抗震等級調整后的配筋外，另與中震不屈服計算結果進行包絡設計。對關鍵構件（1層全部框架柱、2層～4層框架角柱和門廳周邊的穿層柱）采取提高抗震等級至一級的方式進行適當加強。

②單跨框架連廊應滿足中震彈性計算結果。

③由于各體塊角部連接較弱，配筋整體計算時，對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單獨體塊，分別進行抗震計算，計算結果與整體計算結果進行包絡設計。

④樓板設計考慮樓板應力分析計算結果，各層樓板均雙層雙向配筋。在端部和角部應力集中處結合各層溫度應力分析結果設置抗溫度鋼筋。洞口周邊板厚適當加厚。連廊板厚加厚至150mm。