太原市杏花岭区中心医院综合楼隔震方案研讨

王 正

(太原市建筑设计研究院，山西 太原 030002)

1 工程概况

杏花岭区中心医院综合楼位于山西省太原市府西街，8度设防，设计地震第二分组。地上楼层数为16层，地下3层。采用框架—剪力墙结构形式，建筑结构高度65.7 m，宽36.0 m，高宽比1.83。属于重点设防类，乙类建筑，采用隔震技术。隔震支座以上建筑结构布置见图1，隔震支座见图2。

2 隔震方案确定

隔震方案设计原则一般为：隔震层宜设在基础顶部，当地下深度较大，宜在一层地面以下部位，利于隔震沟实现。橡胶隔震支座设置在受力较大的位置。其分布根据竖向构件布置确定。

本工程方案设计阶段将隔震层设置于地下1，2层之间(见图3)，且未贯通，造成隔震层并未将隔震支墩上下完全隔开，此方案无法达到隔震目的。将隔震层贯通后，可达到隔震目的，但将带来隔震支墩设置数量增加,隔震沟外墙厚度加大(经计算，考虑抗震，墙厚最小在650 mm)，最终隔震沟位于用地红线以外，方案基本不可实现。后经优化，将隔震层设置于地下1层上部约-1.0 m标高处(见图4)。

隔震方案选定后，预估支座竖向承载力、侧向刚度、阻尼，经计算后确定支座规格和数量。设计目标为隔震后隔震层以上周期延长、地震力减小，在罕遇地震下，隔震层应保持弹性变形，确保不出现不可逆的塑性形变，支座在大震下不出现拉应力。支座以下结构须验算大震水平地震力，位移角均满足要求，且构件尺寸未影响建筑使用。

3 隔震后上部水平地震影响系数的确定

3.1 比对模型可行性分析

将ETABS和PKPM-SATWE非隔震、振型分解反应谱法计算,得到的质量、周期和层间剪力进行对比(如表1～表3结果所示差值，算式(∣ETABS-SATWE∣/SATWE)·100%)。

表1 结构质量对比(非隔震)

表2 结构周期对比(非隔震)

由表2可知，两软件模型的前三阶模态的自振周期基本相同。

由上述数据可知，两种软件得出的周期、层间剪力相近。对比分析模型可互相参照。

3.2 反应谱的选择及地震影响系数的确定

根据《建筑抗震设计规范》条款，本工程最终选取了七条时程曲线(两条人工波和五条天然波)，如图5所示，基底剪力对比见表4，七条时程曲线反应谱和规范反应谱曲线如图6所示。

由波形表可知，选取的波形满足《抗规》规定。

从图形判断各反应谱均值与规范反应谱基本相同。符合《抗规》规定的对应于主要振型的周期点，相差不大于20%的要求。详细情况见表5，表6。

表3 地震剪力对比(非隔震)

表4 非隔震结构基底剪力

由表5可知，满足规定。

经中震分析(加速度400)，隔震结构比非隔震结构的周期延长(周期对比见表7)，符合《叠层橡胶支座隔震技术规程》对隔震后的要求。经计算，上部结构隔震前后层间剪力、倾覆力矩比平均值为0.364，由此，可得水平地震影响系数最大值为0.07，算式如下：

αmax1=βαmax/ψ=0.364×0.16/0.85=0.069。

但参照以往经验，确定隔震层以上水平地震影响系数最大值0.08。

表5 非隔震反应谱曲线对比表

表6 隔震后应谱曲线对比表

表7 隔震前后结构的周期

其后进行了隔震支座最大剪力和最大轴力在罕遇地震时分析，求得隔震层最大水平位移248 mm，隔震支座采用1 m见方大型橡胶支座，满足要求，且支座最大拉应力为0.23 MPa，小于1.0 MPa。本结构风荷载的产生的总水平力为1 903 kN，总重力为293 461 kN，风荷载的产生的总水平力为结构总重力的0.3%，符合规范的要求。

4 隔震方案的研讨

对于本工程的隔震设计，主要有以下几点想法：1)在方案阶段，就应有专业的设计人员参与，因本工程方案阶段所选择的断开位置不合理，造成设计时重新确定断开位置，只能采用大直径的橡胶支座，甚至为将结构井筒与下部结构断开，只能采用ESB隔震支座，隔震设计阶段十分艰难。2)框架剪力墙结构在进行隔震设计时，应尽量将剪力墙布置于电梯井道范围以外的范围，电梯井道周围利用梁与砌体结构形成井道。3)高宽比接近4的隔震建筑，是否可通过在支墩处增加大型阻尼器，使支墩阻尼达到设计要求。4)地基处理时将场地土尽量挤密，遇液化地基，或湿陷性场地，尽量采用桩基础，减少基础截面，保证基础以上支墩的检修空间。