某小学教学楼隔震设计

某小学教学楼隔震设计

薛晓坤

广州汉森建筑设计有限公司 广东 广州 510620

摘要：采用橡胶隔震支座对兰州某小学进行基础隔震设计，通过YJK软件和ETABS软件进行隔震分析。分析结果表明：ETABS软件可以较好地模拟橡胶隔震支座的性能；通过合理布置铅芯橡胶支座和天然橡胶支座和天然橡胶支座，隔震结构的偏心率满足要求。隔震支座在重力荷载代表值、风恒载、设防荷载和罕遇地震作用下的性能均满足规范要求。

关键词：隔震设计；隔震目标；时程分析；

1、工程概况

兰州某小学教学楼为混凝土框架结构，结构的抗震设防烈度为8度(0.2g）,设计地震分组为第三组，II类场地，场地特征周期为0.45s,地震影响系数最大值为0.16.基本分压为0.3KN/m2。地上层数为四层，建筑面积约5062.67平方米，结构高度为16.050m。根据甘肃省《住房城乡建设部关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的若干意见（暂行）》规定：“对我省位于抗震设防烈度8度及以上的地震高烈度地区及地震灾后重建的4至12层学校教学楼、学生宿舍、医院医疗用房、幼儿园等人员密集公共建筑，要求必须采用基础隔震技术进行设计，以提高此类建筑的抗大震能力，减少人员损失和提高抗震应急水平”。因此，对该结构采用橡胶隔震支座方案，按降一度的目标进行设计。

2、结构计算模型

建立可靠的分析模型是进行结构静、动力分析的基础，可靠的分析模型首先能够真实地反映出结构的动力特性，并且能够比较准确地分析结构在弹性和弹塑性阶段的动力响应。本结构采用PKPM建立隔震与非隔震分析模型。

3、隔震支座布置方案

根据《建筑抗震设计规范》（GB-50011-2010）第12.2.3条规定，乙类建筑，橡胶隔震支座在重力荷载代表值下的竖向压应力不超过12MPa。本项目共使用43个隔震支座，隔震支座在重力荷载代表值作用下的最大压应力为11.5 Mpa。

4、隔震结构的抗风验算

对隔震结构，在设计风荷载作用下，隔震结构应不产生水平位移，即要求隔震结构所受风荷载的设计值应小于隔震结构各支座的屈服力之和。风荷载作用下的基底剪力Vwk=1090KN。隔震支座的的屈服力之和为1400KN>Vwk，满足规范要求。

5、隔震支座弹性恢复力验算

根据甘肃省隔震技术规程第5.2.5条，隔震橡胶支座的弹性恢复力（等效刚度与橡胶层总厚度的乘积）应大于1.40倍的屈服力。隔震支座的弹性恢复力为K100tr=1532KN>1.4∑Qd=1.4*62.8=88KN,满足规范要求。

6、隔震结构的偏心率计算

根据甘肃省隔震技术规程第3.2.2条，隔震层偏心距不宜大于偏心方向结构平面边长的3%。经计算X方向的偏心率为1.2%，Y向的偏心率为1.9%，均满足规范要求。

7、设防地震作用下的结构分析

设防地震作用下，采用5条天然波和2条人工波计算隔震结构和非隔震结构的层间剪力比值，由计算结果可见，隔震结构层剪力与非隔震结构层剪力的最大比值为0.19，根据甘肃省隔震技术规程第3.1.7条之相关规定，水平向减震系数可取为0.40；上部结构水平地震作用可以降低一度进行计算，上部结构设计隔震后水平地震影响系数最大值为0.08。同时根据抗规第12.2.1条、第12.2.5-3条的相关规定，隔震层以上结构应考虑不小于隔震层以上结构总重力荷载代表值的20％进行竖向地震作用计算。

8、罕遇地震作用下的结构分析

罕遇地震作用下，隔震结构的最大弹塑性位移角为1/350比值，满足规范关于框架结构罕遇地震作用下层间弹塑性位移角限值的要求。在罕遇地震作用下，各支座的最大水平位移为149mm、150mm,满足《抗规》第12.2.3条规定的最大允许变形值。

隔震支座在罕遇地震作用下压应力、拉应力验算，主要考虑水平地震、竖向地震、恒载及活载的作用，从计算结果可知，8度(0.2g)罕遇地震作用下，隔震支座的短期极大面压最大压应力为18MPa，所有隔震支座在罕遇地震作用下短期极小面压大部分均为压应力，满足我国《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）的相关规定（其橡胶支座在罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下，压应力不应大于30MPa，拉应力不应大于1MPa）。

9、上部结构设计分析

1）经计算分析，水平向减震系数可取0.40，根据《建筑抗震设计规范》中规定，上部结构水平地震作用可降一度进行计算，上部结构设计隔震后水平地震影响系数最大值为0.08。

2）上部结构考虑竖向地震作用按原设防烈度进行验算，隔震层以上结构应考虑不小于隔震层以上结构总重力荷载代表值的20％进行竖向地震作用计算。

3）上部结构抗震构造措施按《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）可按8度(0.2g)考虑。

4）对隔震层顶部楼板上一层的框架柱，应按结构底层柱采用内力放大系数、确定箍筋加密区。

10、下部结构及基础设计

1）隔震支座的柱头(包括隔震支座上、下柱头)的验算，考虑罕遇地震时地震作用以及隔震支座最大水平位移时的附加弯矩的影响。

2）隔震建筑地基基础的抗震验算和地基处理仍应按本地区抗震设防烈度进行。

11、隔震层的连接构造措施

1）穿越隔震层的楼梯在隔震层水平处设水平缝，缝高（竖向隔离空隙）20mm，穿越隔震层的电梯在隔震层顶部悬吊，并与地下室周围预留一定空隙。

2）隔震层以上的上部结构与周边任何固定物均应有隔离空隙。竖向隔离空隙为20mm，水平隔离空隙为1.2倍罕遇地震时隔震支座最大水平位移（建议水平空隙300mm）。不得有任何固定物对上部结构的水平移动形成阻挡。

3）电线需在隔震层处留足多余的长度；上水管、消防管、下水管穿越隔震层处设置柔性段，采用立管的方式；柔性段的类型、材料根据管道的用途由单体设计确定，应能保证发生规定的位移；避雷线：当利用结构钢筋作避雷线时，应在隔震支座的上下连接板之间用铜丝联接，当专设避雷线时，应在隔震层处留足多余的长度。

12、结论

通过以上分析可知：

1）8度(0.20g)设防地震作用下，隔震结构层剪力与非隔震结构层剪力比最大值为0.19，同时根据根据甘肃省隔震技术规程第3.1.7条之相关规定，水平向减震系数可取为0.40；上部结构水平地震作用可以降低一度进行计算，上部结构设计隔震后水平地震影响系数最大值为0.08。

2）隔震支座在重力荷载代表值、风荷载作用、设防地震作用和罕遇地震作用下的性能均满足设计规范要求。

参  考  文  献

[1] 甘肃省《建筑抗震设计规程》 DB62/T25-3055-2011

[2] 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）

姓名：薛晓坤  1983.02  籍贯：广东，清远  汉族  学位：工学学士学位   研究方向：建筑结构设计   工作单位：广州汉森建筑设计有限公司   职称：建筑工程结构设计工程师