1.3 设计单位:大理州设计院有限公司
1.4 工程概况:剑川县金华镇第一完小建设项目——综合楼,位于大理州剑川县金华镇第一完小校园内,建筑面积3595.46㎡,平面尺寸67.20x15.00m,长宽比=4.48;建筑高度19.20m(四层),高宽比=1.28,项目效果图如图1所示。采用钢筋混凝土框架结构体系,安全等级一级。
1.5 抗震设防信息:抗震设防烈度8度,设计基本地震加速度峰值为0.3g,设计地震分组第三组,Ⅲ类场地,场地特征周期0.65s。根据地勘报告及边坡计算依据,本项目考虑近场1.25的放大。
1.6 隔震技术应用信息:本项目处于高烈度区,根据《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223-2008,学校属于重点设防类建筑。依据《建筑工程抗震管理条例》(国务院令第744号)的相关规定,需要采用隔减震等技术。本工程采用隔震设计,支座为叠层橡胶隔震支座,建立PKPM一体化模型如图2所示。
1.7 分析软件:本项目采用PKPMV1.5.1版软件设计,ETABS软件做罕遇地震弹塑性时程分析补充。
2) 《建筑与市政工程抗震通用规范》GB55002-2021;
3) 《建设工程抗震管理条例》(国令第744号);
4) 《钢结构设计标准》GB 50017-2017;
5) 《建筑抗震设防分类标准》GB50223-2008;
6) 《建筑结构荷载规范》GB50009-2012;
7) 《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068-2018;
8) 《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010(2016版);
9) 《叠层橡胶支座隔震技术规程》CECS126:2001;
10) 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010(2015版);
11) 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010;
12) 《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011;
13) 《建筑结构隔震构造详图》03SG610-1;
14) 《建筑工程叠层橡胶隔震支座性能要求和检验标准》DBJ53/T-47-2020;
15) 《建筑工程叠层橡胶隔震支座施工及验收标准》DBJ53/T-48-2020;
16) 《建筑隔震工程专用标识技术规程》DB53/T-70-2015;
17) 《建筑隔震设计标准》GB/T 51408-2021;
18) 《建筑隔震构造详图》滇20G9-1;
19) 委托方提供的有关资料和图纸。
3.2 建筑设计基本条件
本工程主要建筑设计基本信息如下表1:
上部建筑部分:玻璃门窗荷载按1.5kN/m2计算;隔墙按蒸压加气砖砌块荷载按8kN/m3计算,两侧20mm厚混合砂浆另算;最终墙体线荷载按2.5kN/m2计算。
3.6 地震作用
根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2016)及勘察报告,本工程抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度0.30g,设计地震分组为第三组,场地类别为Ⅲ类,场地特征周期Tg=0.65s,计算罕遇地震作用时场地特征周期Tg=0.70s。根据《建筑隔震设计标准》4.1.4条,本工程距发震断裂约1.5km,地震动参数计入近场影响,乘以增大系数1.25,具体地震动参数如下表4:
建立了隔震模型后,需对隔震分析信息进行定义,布置隔震支座,并生成设防地震下非隔震与隔震模型,罕遇地震下的隔震模型。
在PKPM软件中定义隔震结构设计方法为“直接设计法”,底部剪力比由设防地震下隔震模型与非隔震模型计算比值确定。高度小于60m,依据《新隔标》4.1.3-2、3条,可采用复振型分解反应谱法(CCQC)结合迭代计算的方法进行隔震结构的设计工作。
CCQC方法考虑隔震层部分支座的非线性属性,隔震层的等效刚度和等效阻尼比由软件基于反应谱结果多次自动迭代确定。
出于安全考量,后续进行罕遇地震弹塑性时程分析的时候还需对隔震区域构件的性能状态进行特别验算评估。
隔震支座的布置位置详见下图4:
隔震结构的偏心率是隔震层设计中的一个重要指标,根据《隔标》第4.6.2-4条,隔震层刚度中心与质量中心宜重合,设防烈度地震作用下偏心率不宜大于3%。
本报告在进行隔震层设计时,也对隔震系统的偏心率进行了计算,计算结果为:X方向0.60%,Y方向1.36%,详见下表8:
隔震支座的弹性恢复力验算:
F=∑Vi≥1.2VRW
式中:Vi--支座在罕遇地震作用下产生的最大剪力(1≤i≤39)
应《隔标》第4.2.2-1条要求,隔震结构的自振周期应根据不同地震作用烈度下的支座水平位移确定,可采用振型分解反应谱法结合迭代计算确定。同时根据规范条文说明4.3.2条,《隔标》中采用的振型分解反应谱法默认是基于考虑阻尼矩阵的复振型分解反应谱法,以保证隔震层大阻尼比情况下计算结果的准确性。现使用PKPM软件提供的基于复振型分解反应谱法进行自动迭代计算的功能,计算出隔震前与隔震后结构的自振周期在表11中给出。此外,《叠层橡胶支座隔震技术规程》规定:隔震房屋两个方向的基本周期相差不宜超过较小值的30%。
基于复振型分解反应谱法结合迭代计算得出的设防地震下楼层剪力与隔震前结构进行对比,如下表12,基于隔震后/前结构的底部剪力比进而确定上部结构的抗震措施。
《隔标》4.5.1规定,上部结构在设防地震作用下的结构楼层最大弹性层间位移角按钢筋混凝土框架结构体系应满足1/400的要求。软件后处理文本结果中可以默认显示不同工况下的结构楼层位移指标统计结果,需要注意根据不同位置规范上层间位移角的要求,可以人为调整“位移比和位移角规范限值”。本项目提取变形结果如下表13:
综上所述,用于本工程隔震分析计算的ETABS模型与PKPM模型是一致的
4.5.1 地震动选取
根据《隔标》4.1.3条,每条地震加速度时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱计算结果的65%,多条时程计算的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%。同时为了确保地震波选择的严谨性,参照《建筑抗震设计规范(GB50011-2016)》第5.1.2条规定:采用时程分析法时,应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程,其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3,多组时程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。
本工程选取了实际5条强震记录和2条人工模拟加速度时程,7条时程主要信息如表16。
上部结构和下部结构之间,应设置完全贯通的水平隔离缝,缝高可取50mm,并用柔性材料填充;当设置水平隔离缝确有困难时,应设置可靠的水平滑移垫层。
隔震构造措施的具体做法参考图集《楼地面变形缝》04J312和《建筑结构隔震构造详图》03SG610-1。
4.5.4 隔震支座拉压应力
根据《抗规》12.2.4条规定及《隔标》第6.2.1条规定:隔震橡胶支座在罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下,拉应力不应大于1.0MPa,乙类建筑压应力不应大于25MPa。
隔震支座拉应力验算采用的荷载组合:1.0×恒荷载-1.0×水平地震-0.5×竖向地震,
隔震支座压应力验算采用的荷载组合:1.0×恒荷载+0.5×活荷载+1.0×水平地震+0.4×竖向地震,得到罕遇地震下各个支座承受的最大拉应力和压应力,具体支座拉压应力结果详见表19。
(1)电线:在隔震层处留足多余的长度。
(2)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,当管道穿越隔震支座标高时,应保证管道及附件与结构的最小距离不小于400mm,分别固定于上部结构及基础的管道之间必须保持不小于400mm 的距离,当管道有法兰、阀件、支吊架等附属物时,间距按附属物外边缘计算。
(3)热水管、燃气管:可参考(2)中管道的做法。
(4)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。