某医院门急诊医技楼结构弹塑性时程分析

郭瑞峰 （安徽省建筑设计研究总院股份有限公司，安徽合肥230009）

1 工程概况

某医院门急诊医技楼，地上4层，地下1层，混凝土框架结构。地上建筑面积34500㎡，地下建筑面积24500㎡，建筑高度22.8m，平面尺寸120m×97m，标准柱网8.1m×8.4m。基础等级为甲级，采用天然地基，基础形式采用筏板+下柱墩。抗震设防烈度为7度，重点设防类，按8度采取抗震措施，框架抗震等级为二级，嵌固部位取地下室顶。

本工程存在的不规则项较多，分别为扭转不规则、凹凸不规则、楼板不连续和局部穿层柱。考虑工程的重要性和复杂性，按照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第3.6.2条要求，对其进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析。

2 罕遇地震作用下动力弹塑性时程分析

采用YJK-EP软件对结构进行罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析计算。

图1 鸟瞰图

图2 三、四层结构平面图

2.1 地震波的选取

选取两组天然波和一组人工波进行时程分析。单条地震波特征周期接近0.40s，最大峰值接近220gal，有效持续时间大于周期的五倍且大于15s。

三组地震波的反应谱、平均反应谱及与规范谱的对比结果，见图4所示，相差均小于20%，满足“统计意义相符”的规定。

图3 T1波加速度时程曲线（主方向、次方向）

图4 罕遇地震下各地震波加速度反应谱与规范谱对比

2.2 楼层最大响应

罕遇地震作用下弹性和弹塑性时程分析最大楼层位移、最大楼层位移角、最大楼层剪力曲线及数据对比见图5、图6、图7和下表所示。

图5 最大楼层位移曲线

图6 最大楼层剪力曲线

图7 最大楼层位移角曲线

分析可知，结构弹塑性与弹性时程包络曲线基本一致，各条波基底剪力与小震弹性CQC计算的剪力比值均比较符合经验值，证明时程分析计算结果真实可信。结构的最大层间位移角分别为X向1/146、Y向1/176，均小于规范限值(框架结构为 1/50)。

结构最大顶点位移、基底剪力对比

2.3 地震反应过程分析

图8、图9、图10、图11是结构在人工波R1作用下的大震弹性和大震弹塑性基底剪力时程曲线，分析可知：

图8 地震波X主方向第5层X方向位移时程曲线

图9 地震波Y主方向第5层X方向位移时程曲线

图10 地震波X主方向第1层X方向剪力时程曲线

图11 地震波Y主方向第1层X方向剪力时程曲线

①第一阶段：0.0～4.0s，弹性时程和弹塑性时程的节点位移和基底剪力曲线基本吻合。

②第二阶段：4.0s～8.0s，部分构件开始屈服，与此同时，结构刚度退化，阻尼比增加，周期变长，吸收的地震剪力变小，弹塑性分析的基底剪力逐渐小于弹性时程。

③第三阶段：8.0s开始可以看到弹塑性基底剪力到达峰值的时间滞后于弹性基底剪力，这表明此时的结构的刚度已经较初始状态有退化，且差异逐渐增大。

2.4 框架损伤分析

框架损伤情况如图12、图13所示，分析可知：

图12 混凝土受压损伤图

图13 钢筋受拉损伤图

①框架柱基本完好，各层混凝土受压均无损坏，钢筋受拉仅个别角柱出现轻微和中度破坏。说明角柱作为关键构件，在施工图设计时，有必要进行进一步加强。

②框架梁出现轻微损坏和中度破坏，根据软件给出的“损伤等级所占比例”统计：梁轻微损坏约5%，经查损坏部位主要集中于2、3层连廊处，说明单跨框架连廊在施工图设计时有必要进一步加强。

2.5 楼板损伤分析

楼板损伤情况，如图14所示，分析可知：

图14 3F楼板拉、压损伤云图

①楼板损伤主要为受拉损伤，较为集中地分布在洞口边缘、连廊、角部和端部，但整体损伤均不大；

②从损伤指标评定标准来看，楼板整体大部分处于无损伤状态（各层“基本完好”比例均＞95%），楼板局部进入轻微损伤～轻度损伤。

3 结论

罕遇地震作用下动力弹塑性时程分析抗震性能评述如下：

①结构在罕遇地震作用下的最大弹塑性顶点位移为107mm，X方向的最大弹塑性层间位移角为1/146，Y向的最大弹塑性层间位移角为1/176，均满足1/50的规范限制要求；

②框架柱在罕遇地震作用下基本完好，框架梁大部分无破损，仅个别构件出现轻微损坏和中度损坏，经修复或加固后可继续使用；

③各层楼板损伤主要为受拉损伤，较为集中地分布在洞口边缘、连廊、角部和端部，但整体损伤均不大。可满足大震下保持楼板完整性和抗拉、抗压不屈服。

综上，结构在罕遇地震作用下主要指标和构件损坏程度均在可控范围内，可以达到预定的抗震性能目标，能满足“大震不倒”的设防要求。

4 建议

本工程除满足规范要求的各项抗震措施之外，针对分析结果，拟采取的补充加强措施如下：

①竖向构件（框架柱）配筋结果除满足小震弹性计算及抗震等级调整后的配筋外，另与中震不屈服计算结果进行包络设计。对关键构件（1层全部框架柱、2层～4层框架角柱和门厅周边的穿层柱）采取提高抗震等级至一级的方式进行适当加强。

②单跨框架连廊应满足中震弹性计算结果。

③由于各体块角部连接较弱，配筋整体计算时，对连接体单跨框架楼板采用弹性楼板假定。另将本工程分成四个单独体块，分别进行抗震计算，计算结果与整体计算结果进行包络设计。

④楼板设计考虑楼板应力分析计算结果，各层楼板均双层双向配筋。在端部和角部应力集中处结合各层温度应力分析结果设置抗温度钢筋。洞口周边板厚适当加厚。连廊板厚加厚至150mm。