谈昆明某幼儿园教学楼减震与抗震性能设计

杜劲泉 周 辉

(1.云南浦兰宁建筑规划设计有限公司，云南 昆明 650300； 2.泛华建设集团有限公司云南分公司，云南 昆明 650300)

0 引言

由于无法确定地震的破坏力、强度和特性，传统的抗(振)震方法设计的结构不能更有效的降低地震力对结构的破坏，因此当地震来临，往往会造成重大的经济损失和人员伤亡。而消能器(黏滞阻尼器)在地震来临时，能最大限度的吸收和消耗地震力对建筑结构的冲击能量，有效的缓解地震对建筑结构造成的冲击和破坏。其作用相当于汽车的“安全气囊”[1]，在受到地震冲击时，保护建筑结构安全。本文就以实际工程来阐述减震消能技术，为其他工程提供参考。

1 工程概况

本工程为云南省昆明市安宁市某幼儿园教学楼。结构体系为钢筋混凝土框架结构，结构共4层，总高度14.10 m。建筑总面积为7 202.06 m2。该工程抗震设防烈度为8度(0.2g),场地类别:Ⅱ类，设计地震分组：第三组，特征周期值0.45 s,抗震设防类别为重点设防类别(乙类建筑)。根据云南相关抗震专项审查要求，该项目需采用减隔震设计，那么要做减震设计还是隔震设计。

2 减震与隔震方案选取

本工程可选择的方案有减震和隔震，如采取隔震方案，由于隔震设计需要在建筑底部增加隔震层，相当于增加半地下室影响工期；故本工程最后决定采用减震设计。本工程幼儿园结构房屋高度不高，按常规8度设防设计，常规断面能满足结构刚度需求，因此采用减震产品时选择不给结构提供附加刚度的减震产品更合适，因此黏滞阻尼器成为本工程首选，采用黏滞阻尼器在N1震作用下提供附加阻尼，能降低地震力，经过计算能满足本工程的设计要求。

3 减震方案设计

根据国家相关规范、云南相关抗震专项审查及结合本工程相关要求，采用布置黏滞阻尼器的消能减震方案进行减震设计。结构需要在多遇地震下给结构附加5%的阻尼比，即结构阻尼比取值为5%+5%(附加)=10%，且结构在阻尼比不附加的情况下取值为5%时仍满足相关规范要求。阻尼器按照“均匀、分散、对称”的原则进行布置，且不得影响相关建筑房间的使用功能。本工程分别在结构二层、三层布置黏滞阻尼器[2]。

4 有限元模型建立与地震波选取

4.1 模型的建立

本工程是钢筋混凝土框架结构，本结构模型依据YJK建立并分析计算，其结构计算结果满足相关的国家和地方相应的标准要求。使用软件SAP2000建立减震结构模型，并进行计算减震分析设计。利用SAP2000中连接单元damper模拟悬臂墙式黏滞消能器，计算其对结构的影响。

参照《云南省建筑消能减震设计与审查技术导则》(试行)，在不考虑附加阻尼比的情况下，结构仍应能满足GB 50011建筑抗震设计规范的多遇地震作用下弹性层间位移角限值和罕遇地震作用下的弹塑性层间位移角限值。

4.2 地震波的选取

根据GB 50011—2010建筑抗震设计规范5.1.2条规定：选取5条实际强震记录和2条人工模拟加速度时程曲线，多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符,且弹性时程时,每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%,多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。

各地震波与反应谱计算的基底剪力对比结果如表1所示。

表1 各地震波与反应谱计算的基底剪力对比

5 减震分析

减震结构通常采用两阶段的分析方法，即多遇地震弹性时程分析和罕遇地震作用下弹塑性时程分析，其分析结果均应满足要求。

5.1 减震结构弹性时程分析

本工程预期附加阻尼比为5%，即结构总阻尼比为：5%+5%=10%。经计算X方向在7条时程下平均的附加阻尼比为7.89%(7.89%×80%=6.31%)；Y方向在7条时程下平均的附加阻尼比为8.64%(8.64%×80%=6.92%)，满足附加阻尼比为5%的预期要求。

5.2 减震结构弹塑性时程分析

5.2.1结构弹塑性位移计算

根据《云南省隔震减震建筑工程促进规定实施细则》第七条规定，应通过设置消能减震装置减小结构的水平地震作用，使建筑抗震性能明显提高。罕遇地震作用下减震结构与非减震结构的水平位移比小于0.75。不同地震波的时程分析，根据规范要求，7条地震波取平均值。本工程弹塑性分析主要计算结果如表2～表4所示。

表2 大震下减震结构位移角 1/rad

表3 大震下非减震结构位移角 1/rad

表4 大震下非减震结构、减震结构最不利层间位移角比值

综上所述，本工程通过设置减震器以后，建筑的性能明显提高，主要计算结果均满足规范及审查技术导则的要求。

5.2.2减震结构顶点大震弹性位移与弹塑性位移对比

减震结构顶点大震弹性位移与弹塑性对比如表5～表7所示。

表5 大震下减震结构弹性顶层位移 mm

表6 大震下减震结构弹塑性顶层位移 mm

表7 大震下减震结构弹性、弹塑性顶层位移比值

5.2.3结构出铰顺序

由计算结果可知:

1)罕遇地震作用下，结构层间位移角满足规范要求的1/50,达到预期的减震性能目标，结构存在较高的安全储备,有抵御较大地震的能力；

2)从结构时程分析塑性发展情况来看，结构框架梁优先出现铰，后出现框架柱铰，铰的塑性发展程度较低，结构满足“强柱弱梁”的概念设计要求,同时也满足三水准两阶段的原则,能更好的抵御和消耗地震造成的破坏。

6 结语

经过对云南省昆明市安宁市某幼儿园教学楼进行一系列的减震设计与分析，对其抗震性能进行研究和理解，得出采用减震设计结构的抗震性能可以得到很大提高，结构安全储备较高，该结构能在地震到来的时候有效的保护建筑,该工程可为各地高烈度地区结构抗震设计提供参考。