L形中小学校舍隔震加固技术研究

席敦儒 范夕森

摘要：本文研究对象为L形某学校教学楼，采用三条强震记录：El-Centro波、Taft波和一组人工模拟波，运用振型分解反应谱法和时程分析法，对L形教学楼的加固前后的地震反应进行了计算分析。

关键词：sap2000；隔震加固；地震发应分析；砖混结构

砖混结构是中小学校舍中占比例最多的结构形式，很多砖混结构的校舍未进行抗震设防，中小学校舍结构建筑形式大多活泼开放，通常采用一些U型或L型的平面不规则形状。这些房屋在结构上或多或少的存在偏心，地震时将产生明显的平-扭耦联空间振动，平动和扭转震害比平面规则的房屋增大很多。这些特点使结构在地震作用下产生较大的层间位移和加速度，对结构造成较大破坏。

1•结构模型建立

某县某村小学教学楼，建于1995年，平面形状为L形，四层混合结构。一层层高4.2米，其上各层层高3.6米，总高度15米。该工程抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度7度（0.1g），场地类别Ⅱ类，设计地震分组为第二组。上部结构楼板厚120mm，一层构造柱截面尺寸为300mm×300mm，以上各层240mm×240mm。柱与梁混凝土采用C20。恒载（不含自重）楼面均布活荷载标准值：3.0 kN/m2，活载楼面均布活荷载标准值：2.0 kN/m2

在SAP2000有限元分析程序中建立的三维仿真模型如图1.1所示。

图1.1 教学楼三维仿真模型

2•地震反应分析

（1）层间剪力

多遇地震下时程分析是将EL-Centro波、Taft波、人工波时程曲线的最大值调至多遇地震峰值加速度（αmax=35gal），计算全铅芯橡胶支座隔震建筑上部结构的地震反应并与非隔震结构进行比较。

表2.1 非隔震结构层间剪力比较(单位: kN)

表2.1中数据表明，通过比较弹性时程分析法与反应谱法的计算结果，每条时程曲线计算所得结构的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%。时程分析方法的结果满足抗震规范的要求，表明输入的地震波满足要求。

表2.2 多遇地震作用下隔震与非隔震结构层间剪力(单位: kN)

表2.3隔震前后层间剪力比值

从上表可以看出，7度多遇地震作用下，从隔震前后结构层间剪力可以看出，全部橡胶支座隔震体系相比非隔震结构层间剪力都有明显的减少。全橡胶支座隔震结构层间剪力最大为非隔震结构的0.202倍，从隔震前后层间剪力比值可以看出，在建筑物底部布置全部橡胶隔震支座的，在每层产生的隔震效果是不同的。

（2）楼层最大扭转角对比

表2.3 转角处楼层最大扭转角对比（10-4rad）

非隔震结构各层的扭转角均大于全橡胶支座隔震结构。全橡胶支座隔震结构扭转角基本都产生在隔震层，隔震层以上扭转角相比非隔震结构很小，基本不存在扭动地震反应。非隔震结构各层均有扭转，特别是一层和顶层扭转角远大于全部橡胶支座隔震体系。这表明，隔震建筑在减少平动地震反应的同时，它也大大减少了扭转方面的地震反应。

3•结论

采用平面不规则结构中小学校舍结构，地震时结构将产生明显的平-扭耦联空间振动，震害比平面规则的结构增大很多。采用传统加固方法，不能从根本上减少结构的扭转地震反应，而隔震加固可以大大提高结构的抗震能力。水平地震作用下，通过对L型教学楼进行地震反应分析可得出，全橡胶隔震结构可以减少结构的平动地震反应和扭转地震反应。全橡胶支座隔震结构在扭转效应上体现出更好的隔震效果。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。