減震案例分享丨鎮(zhèn)江市第二實(shí)驗(yàn)小學(xué)3#教學(xué)樓減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)鎮(zhèn)江市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)建設(shè)工程抗震管理工作的通知》（鎮(zhèn)建設(shè)計(jì)[2022]54號(hào)）的要求，本工程在新建時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定采用隔震減震等技術(shù)，保證發(fā)生本區(qū)域設(shè)防地震時(shí)能夠滿足正常使用要求，提高建設(shè)工程抗震性能。
第二實(shí)驗(yàn)小學(xué)位于鎮(zhèn)江新區(qū)，分成四個(gè)建筑單體：3#教學(xué)樓、4#教學(xué)樓、綜合樓和報(bào)告廳，效果圖詳見圖1-1和圖1-2。其中3#教學(xué)樓建筑高度為18.7米，上部結(jié)構(gòu)為4層（三維模型圖詳見圖1-3），結(jié)構(gòu)形式為混凝土框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)工作年限為50年，安全等級(jí)為一級(jí)，重點(diǎn)設(shè)防類（乙類）?？拐鹪O(shè)防烈度為7度，基本地震加速度0.1g，地震分組第一組，建筑場(chǎng)地類別Ⅲ類。
圖1-1 工程效果圖
圖1-2 工程效果圖
圖1-3 三維模型圖
本工程減震設(shè)計(jì)所依據(jù)的主要規(guī)范、圖集如下：
1)《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》(GB 55001-2021)
2)《建筑與市政工程抗震通用規(guī)范》(GB 55002-2021)
3)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50223-2008)
4)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306-20015)
5)《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》(JGJ297-2013)；
6)《建筑消能阻尼器》(JG/T 209-2012)
7)《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術(shù)導(dǎo)則》（RISN-TG046-2012)
8)《建設(shè)工程管理?xiàng)l例》
9) （鎮(zhèn)建設(shè)計(jì)[2022]54號(hào)）
本工程根據(jù)《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術(shù)導(dǎo)則》（下文簡(jiǎn)稱導(dǎo)則）要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，YJK軟件可以較好的實(shí)現(xiàn)導(dǎo)則的設(shè)計(jì)要求，所以本工程采用YJK5.3.0版本進(jìn)行減震結(jié)構(gòu)設(shè)防地震下的建模與分析設(shè)計(jì)。
本工程為學(xué)校為人員密集型建筑，屬于《導(dǎo)則》3.1.1條中的第II類建筑，設(shè)防地震下的性能目標(biāo)詳見表3-1。
表3-1
2.1 阻尼器性能參數(shù)
本工程采用的是筒式粘滯阻尼器（圖3-1），主要計(jì)算參數(shù)見表3-2：
圖3-1 粘滯阻尼器
表3-2
2.2阻尼器布置
按照《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》 、《建筑消能阻尼器》的要求，在不影響建筑效果及使用功能的前提下，通過方案對(duì)比（計(jì)算流程詳圖3-2），采用28個(gè)粘滯阻尼器，均勻布置于位移角較大的部位，其平面布置見圖3-3。1~4 層，每層各布置7個(gè)阻尼器，X向布置3個(gè)，Y向布置4個(gè)。
圖3-2 減震設(shè)計(jì)流程圖
圖3-3 阻尼器布置圖
設(shè)防地震下有無(wú)阻尼器模型的周期對(duì)比詳見表4-1，很好的說(shuō)明了粘滯阻尼器沒有提供附加剛度。
表4-1 周期對(duì)比
本工程所用的附加阻尼比通過時(shí)程分析得到的阻尼比作為參考，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)最終確定。
中震時(shí)程分析選波詳見圖4-1，《抗規(guī)》規(guī)定：多組時(shí)程波的平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所用的地震影響系數(shù)曲線相比，在對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)主要振型的周期點(diǎn)上相差不大于 20%，對(duì)比圖詳見圖4-2。每條時(shí)程波計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力均介于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%~135%之間；7條時(shí)程波計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力平均值介于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80~120%之間，對(duì)比詳見表4-2。
T1（天然波）：Chi-Chi，Taiwan-05_NO_2983(0.48)
T2（天然波）：Chi-Chi,Taiwan-06_NO_3302(0.44)
T3（天然波）：Imperial Valley-06_NO_161,Tg(0.45)
T4（天然波）：Morgan Hill_NO_464,Tg(0.43)
T5（天然波）Northridge-01_NO_959(0.47)
R1（人工波）：ArtWave-RH2TG055(0.55)
R2（人工波）：ArtWave-RH3TG045(0.45)
圖4-1 波形圖
圖4-2時(shí)程分析曲線與反應(yīng)譜曲線對(duì)比圖
表4-2 時(shí)程波與反應(yīng)譜的底部剪力比值
表4-3列出了本工程設(shè)防地震下有阻尼器模型時(shí)程分析方法得到的附加阻尼比。在參考軟件計(jì)算值的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)取設(shè)防地震下附加阻尼比為3%，參與設(shè)計(jì)計(jì)算。
表4-3 時(shí)程波的計(jì)算附加阻尼比
本工程設(shè)防地震下有阻尼器模型的結(jié)構(gòu)位移詳見表4-4。由表6可得有阻尼器模型設(shè)防地震下結(jié)構(gòu)X、Y向?qū)娱g位移角均滿足《導(dǎo)則》的限值1/300，減震前后位移角變化非常明顯，側(cè)面說(shuō)明減震發(fā)揮了較明顯的作用，減震效果良好。
表4-4 樓層結(jié)構(gòu)位移
在建筑上布置阻尼器后，減震結(jié)構(gòu)比非減震結(jié)構(gòu)首層 X 向剪力減小17.1%，Y 向?yàn)?6.7%，詳見表7。在第二層及以上各層也有較大幅度的減小。在建筑布置阻尼器的 2、3、4 層 X 向樓層剪力分別減小17.8%、19.4%、24.6%，Y 向分別為 18.8%、19.9%、23.6%（詳見表4-5）。
表4-5 樓層剪力
采用時(shí)程分析方法（FNA）選取5條天然波，2條人工波，進(jìn)行中震下彈性時(shí)程分析計(jì)算，波譜的詳細(xì)情況見第四-02小節(jié)。該方法能對(duì)主體結(jié)構(gòu)彈性，阻尼器處于非線性時(shí)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。圖5-1和圖5-2分別為采用 X 向?yàn)橹鞣较蚝?Y 向?yàn)橹鞣较虻卣鸩ㄟM(jìn)行時(shí)程分析時(shí)阻尼器的典型滯回曲線。地震作用下，阻尼器在設(shè)防地震下滯回曲線飽滿，表明阻尼器工作狀態(tài)較好，具有較強(qiáng)的耗能能力。
圖5-1 X向阻尼器滯回曲線示意圖
圖5-2 Y向阻尼器滯回曲線示意圖
1.本工程設(shè)置粘滯型阻尼器后，減震結(jié)構(gòu)在設(shè)防地震作用下，X、Y向最大層間位移角均小于 1/300，滿足要求。與無(wú)阻尼器模型對(duì)比來(lái)看，有阻尼器模型在設(shè)防地震下結(jié)構(gòu)層間位移角得到有效降低。
2.本工程設(shè)置粘滯性阻尼器后，阻尼器可為原結(jié)構(gòu)提供3%的附加阻尼比，樓層剪力得到有效降低；在設(shè)防地震作用下，減震結(jié)構(gòu)相比于非減震結(jié)構(gòu)樓層剪力減少約15%~25%，減震效果良好。
3.在設(shè)防地震作用下，各阻尼器能正常工作，滯回環(huán)飽滿，耗能能力強(qiáng)。