天津市胸科医院项目减震设计研究

杨欢

北京中元工程设计顾问有限公司江苏分公司 江苏 南京 210000

1 项目概况

天津市胸科医院项目位于天津市和平区，裙房平面尺寸约为 105m×61m，塔楼平面尺寸约为69m×61m，地上总建筑面积约为40415.4平方米。

地上建筑由主塔楼和裙楼组成，主塔楼和裙楼之间未设置抗震缝。建筑总层数十层，结构主屋面标高43.2m。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010[1]），天津市和平区抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第二组。本工程属于重点设防类的医院，抗震等级为二级。按津建设【2016】256号文，除按抗震规范进行抗震设防外，尚应按地震动峰值加速度0.30g复核主体结构的承载能力。

2 结构设计

2.1 结构超限情况判断

本工程存在扭转不规则、凹凸不规则、刚度突变及尺寸突变、夹层，共计四项不规则项，属体型特别不规则的超限高层建筑工程，应进行抗震设防专项审查。

2.2 结构选型

经分析比较，采用钢框架结构体系，设置BRB屈曲约束支撑作为消能减震部件，能为主体结构提供足够的刚度，有效降低了支撑轴力，加长结构周期，更有效减小整体结构的地震力。同时经过经济性比较，采用BRB支撑相比偏心支撑钢框架，并未造成主体结构造价的增加。因此，本工程最终采用了钢框架+BRB支撑的结构方案。

2.3 耗能减震分析

（1） BRB选型

本工程采用耗能型屈曲约束支撑，芯材材料为Q235，选取BRB具体型号的基本原则是保证BRB在小震时维持弹性，中震以及大震时能够屈服耗能。

（2） BRB性能验证

1）多遇地震分析。采用反应谱方法进行验证，在0.2g多遇地震参与荷载组合下的BRB最大轴力均小于BRB的设计承载力Nb/YRE，说明0.2g多遇地震作用下BRB及主体结构均处于弹性状态，此时，BRB仅为主体结构提供抗侧刚度，未进入屈服耗能阶段。

为节省工程造价，预设BRB在0.3g多遇地震作用下可以少量屈服，为结构提供不小于0.5% 的附加等效阻尼，利用SAUSAGE软件提供的时程精确能量算法，对BRB提供的附加阻尼比进行了验算。结构中模态阻尼取为4%，根据能量时程中BRB耗散能量与模态阻尼耗散能量的比例，可以计算出BRB为结构附加的等效阻尼比，根据计算结果可知BRB的耗能能为结构提供 0.5%的附加等效阻尼比。

2）设防烈度地震分析（0.30g）。为了验证BRB的在设防烈度地震作用下的耗能减震效果，利用 SAUSAGE软件提供的时程精确能量算法，对设防烈度地震作用下BRB提供的附加阻尼比进行了求解。结构中模态阻尼取为4%，根据能量时程中BRB耗散能量与模态阻尼耗散能量的比例，可以计算出BRB为结构附加的等效阻尼比，计算结果如表1所示。可见在设防地震作用下，BRB屈曲耗能，达到甚至超过了模态阻尼的耗能，提高了结构的安全性。

表1 结构附加等效阻尼比计算

3）弹塑性时程分析结果（0.2g设防大震）。从3组地震波作用下结构顶点位移时程曲线可以看出，大震弹塑性分析顶点位移基本都小于大震弹性分析结果，经过前1～2个较大位移峰值后，弹塑性分析顶点时程曲线峰值明显向后推移，且峰值较弹性分析结果有较大幅度的减小。由此表明：随着时间的推移，BRB逐步屈曲耗能，表现出良好的减震效果，结构的刚度减小，周期加长。X向最大层间位移角为1/58，Y向最大层间位移角为1/60，均未超出规范限值1/50。

3 结束语

（1）钢框架+BRB屈曲约束支撑的结构方案，有良好的抗震性能，设计灵活，不影响建筑的使用功能和采光，适用于功能复杂的医疗类建筑。

（2）在多遇地震作用下，BRB及主体结构均处于弹性状态，BRB仅为主体结构提供抗侧刚度。

（3）在罕遇地震作用下，BRB具有良好的抗震耗能机制，为主体结构提供了安全保证。