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加固改造設計-隔振消能應用(實例)
日期:2020-10-17 人氣:213 收藏

1   工程概況

毓豪商廈位于河南省新鄉市繁華地段,占地面積1404m2。原設計于2000年,主體結構為地下一層、地上八層的鋼筋混凝土框架,一~四層為商場,五~八層為賓館客房;中途因資金問題只施工到四層?,F按照現行的規范標準重新設計,在原有的基礎之上增加到十層,局部十一層,并對下部已建部分進行抗震加固設計。工程設計基準期為50年,抗震設防烈度為8度,設計基本地震加速度為0.2g,地震分組為第一組,抗震設防類別為丙類,框架抗震等級為一級。結構模型如圖1所示。

工程設計過程中主要遇到以下問題:1)原設計依據的規范標準已經過時,應按照現行規范標準進行鑒定設計;2)根據最新地質勘察報告,場地土類別由原來的Ⅱ類變更為Ⅲ類;3)將樓層增加到十層,局部十一層,超過原設計的八層,需要對下面已建部分進行加固;4)已建部分用作商場,希望避免大面積加固,加快施工進度,盡量不影響正常營業。

2   結構消能減震加固方案

該工程原設計為純框架結構,在多遇地震作用下,結構的X向、Y向最大層間位移角均超過規范限值;在罕遇地震作用下,結構的X向、Y向最大層間位移角均超過規范限值。小震下結構的計算配筋和實際配筋對比表明,下部已建部分的梁柱大部分配筋不足,尤其是一、二層的邊跨梁柱配筋嚴重不足,相差甚至超過40%;梁柱的箍筋間距基本符合現行規范的構造要求。

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結構抗震驗算結果表明,原設計的純框架結構層間側移較大,且多數梁柱配筋不滿足抗震要求,如果采用傳統的增大截面加固法進行抗震加固,將帶來很大的施工量和長期的施工工期,商場需要停業較長時間,這與業主的要求不符。因此改用消能減震技術,在結構的適當位置布置黏滯流體阻尼器來提供附加阻尼,以消耗輸入結構的地震能量, 達到預期防震減震要求。

綜合考慮建筑使用功能、結構抗震要求和優化分析結果,在結構1~7層X、Y兩個方向上布置63套黏滯流體阻尼器。為滿足建筑功能的要求,阻尼器的支撐方式采用人字型和門架型兩種類型,如圖2所示。工程采用雙出桿型黏滯流體阻尼器對結構消能減震。本工程的減震分析采用了基于性能的抗震設計方法。

3   地震作用下的結構消能減震分析

結構抗震設計采用SATWE軟件,小震下的彈性時程分析采用ETABS NonlinearC V9.7.3軟件,中震和大震下的動力彈塑性時程分析采用基于纖維模型理論的PERFORM-3D V4.0.3軟件。時程分析所取5條國際上具有完整時程校正的符合工程場地土特質的典型地震記錄和2條根據該工程附近場地的地貌和地質特性制成的人工地震波,如圖3所示。

對原結構(無控結構)和布置黏滯流體阻尼器的結構(有控結構)分別進行多遇地震作用下的彈性時程分析采用非線性快速時程積分方法(FNA),對結構整體及其構件承載力進行設計和復核,得出樓層剪力、層間位移角等計算結果,宏觀響應曲線如圖4所示。計算結果表明,多遇地震作用下無控結構不滿足彈性目標,最大層間位移角大于規范要求,有控結構則能滿足該彈性目標,層間位移角均能滿足規范限值,且層剪力有了顯著降低。

設防地震作用下結構已經進入塑性,采用PERFORM-3D軟件對有控結構進行動力彈塑性時程分析。由分析結果可知,結構在布置了黏滯流體阻尼器之后,結構的各宏觀響應指標均有明顯降低,可見阻尼器在中震下吸收耗散了更多的地震能量。

罕遇地震作用下結構塑性進一步開展,有控結構動力彈塑性分析結果表明,有控結構在罕遇地震作用下層間位移角小于規范限值,層剪力也有顯著降低,結構頂部側移時程曲線如圖5所示。通過提取各構件在時程分析中的最大內力值可以驗證,無控結構的部分梁柱的承載力不能滿足要求,而有控結構所有構件的承載力均能滿足預定的性能目標。

對可屈服構件進行變形驗算,大震作用下結構進入LS階段的梁柱主要集中在下部已建邊框架區域,說明此處為結構的薄弱層??蚣芰褐冃巫畲笾到咏麹S狀態限值,其變形性能處于大震有限破壞狀態??梢钥闯隹汕嫾淖冃涡阅芑緷M足大震下設定的性能目標。TAFT波罕遇地震下能量耗散分布如圖6所示。

4   有控結構已建部分配筋校核

本工程的特點是在既有建筑之上新增樓層,對于新增部分,可以依據現行規范對其進行設計,但是對于下部已建部分,需要采取一定的手段彌補其不足之處,以滿足規范要求。采用消能減震技術對結構進行減震,重新校核已建部分梁柱的配筋,絕大多數都能夠滿足要求。不滿足要求的框架梁配筋與計算配筋相比偏小15%以內,考慮到受壓區和樓板鋼筋對梁承載力的貢獻,可以不對其進行加固。有5根框架柱的配筋相差較大,需要對其進行局部加固。

本工程采用消能減震技術,避免了已建部分梁柱的大面積加固改造,將創傷面降至最低,取得了良好的經濟效益,也滿足了業主的需求。


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