某幼儿园设防地震下减震分析

摘要：本项目为成都市某幼儿园项目。首先根据减震目标通过非线性时程分析获得附加有效阻尼比，然后采用振型分解反应谱法进行中震弹性、不屈服计算，并对结构进行弹性时程分析和动力弹塑性时程分析。结果表明结构满足制定的减震目标，在设防地震下能够满足正常使用的要求。

关键词：设防地震； 性能目标； 阻尼比； 消能器； 减震分析

中图分类号：TU352.1文献标志码：A

1项目概况

本项目为成都市某幼儿园项目，通过抗震缝将建筑分为3栋独立混凝土框架结构，局部有1层地下室，地上为4层，地下室底板顶标高为-5.250 m，地面以上各层层高均为3.9 m，地面以上房屋高度为15.70 m。地下使用功能主要为车库及人防，地上房屋使用功能为教室、办公室、多功能活动室等相关教学用房等，设计使用年限50年（图1）。结构单元划分及典型平面布置如图1所示。根据《建设工程抗震管理条例》［3］和四川省住房和城乡建设厅“关于认真贯彻落实《建设工程抗震管理条例》的通知”，结合项目特点，本项目采用墙式粘滞消能器减震技术，保证结构在设防地震下能够满足正常使用的要求，并提高抗震性能。

2减震目标

根据《建设工程抗震抗震管理条例》实施意见，结构减震目标分为两个部分，一部分为对结构的层间位移值的要求，一部分为构件的性能设计。结构在设防地震和罕遇地震下的层间位移角減震目标如表1所示。

按照GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》（以下简称为《抗规》）附录M对本项目进行抗震性能化设计，本结构为框架结构，关键构件、普通竖向构件、普通水平构件的定义及其在各阶段的要求见表2。

3设防地震作用下减震分析

设防地震作用下，采用两个模型进行分析，模型一为考虑附加阻尼，不考虑消能器，采用振型分解反应谱法（等效弹性方法）进行分析，振型分解反应谱法采用 SATWE 程序进行分析，用等效弹性方法计算各构件内力，并遵照《抗规》附录 M 相应要求验算构件强度，考察其是否能达到预期的性能目标［1］；模型二为不考虑附加阻尼，取结构本身的阻尼0.05，考虑粘滞消能器的非线性作用，进行非线性时程分析和动力弹塑性时程分析。

3.1设防地震下时程分析结果

结构的基底剪力如表3～表5所示，剪力与CQC的比值为2.11～2.32倍之间，CQC结果是未考虑消能阻尼器的结果，证明结构减震效果较好。

3.2附加有效阻尼比的计算

本项目采用多种计算方法计算结构的附加阻尼比。

（1）采用SATWE软件，采用CQC振型分解反应谱法进行分析，结构阻尼比通过迭代计算结构附加阻尼比。

（2）采用SAUSAGE软件，采用FNA法进行时程分析，通过规范算法，获得结构的附加阻尼比。

（3）采用SAUSAGE软件，采用FNA法进行时程分析，通过能量曲线对比法，获得结构的附加阻尼比。提取数据三种计算方法的附加阻尼比如下表所示，实际计算时附加阻尼比

偏于保守，取其中最小值作为计算的附加阻尼比。实际附加阻尼器取三者计算值的较小值，并考虑消能器性能偏差，连接安装缺陷的不利影响，实际取值按计算值的90%计算，且附加给结构的有效阻尼比小于25%（表6）。

3.3附加阻尼下结构的对比分析

结构采用两个模型，一个模型为直接输入附加阻尼（不考虑粘滞消能器）进行结构的振型反应谱分析计算，一个为直接考虑粘滞消能器的非线性的时程分析，时程分析的结果取为7条地震波的平均值。两者的楼层剪力对比如图2～图4所示，从图中可以看出，采用附加阻尼的层间剪力均比采用非线性时程分析的层间剪力大，证明附加阻尼取值合理，结构偏于安全。B区在构架层存在存在剪力略小于时程结果的情况，但相差较小，在10%以内。在计算时对该层的地震剪力直接放大1.2倍。

3.4设防地震等效弹性下的参数取值

设防地震作用下，采用振型分解反应谱法（等效弹性方法）进行分析（表7）。振型分解反应谱法采用SATWE程序进行分析，用等效弹性方法计算各构件内力，并按照《抗规》M1.2-2，M1.2-3的相应要求验算构件，考察其是否能达到预期的性能目标［1］。

3.5设防地震下的计算结果

设防地震下整体模型计算结果见表8～表10。

从表8～表10可以看出，单个结构单元的位移角均小于1/400，满足设防地震下正常使用的要求，结构的剪重比值合理，结构抗倾覆系数远大于1.5，具有较大的安全储备。

在“中震弹性”下进行关键构件的抗震截面承载力及配筋计算；图5为底层柱（关键构件）的配筋图，从图中可以看出，虽然配筋较多遇地震下大较多，但是基本在合理的范围内，均未出现超配筋情况。证明关键构件可以满足“中震弹性”及《抗规》附录M中性能2的水准要求，满足设防地震下的正常使用要求。在“中震不屈服”下进行普通竖向构件、普通水平构件的抗震截面承载力及配筋计算；图6为二层梁柱的配筋图，从图6中可以看出，虽然配筋较多遇地震下大较多，但是基本在合理的范围内，均未出现超配筋情况。证明普通竖向构件、普通水平构件可以满足“中震不屈服”及《抗规》附录M中性能3的水准要求，满足设防地震下的正常使用要求。

3.6设防地震下的动力弹塑性时程分析

从原来的7条地震波中选取三条地震波进行考虑动力弹塑性时程分析，地震波组对应的最大结构层间位移角如表11所示。该位移角满足层间弹塑性位移角限值1/400的要求。

结构的关键构件及消能子结构的性能水准均在轻微损坏，其他竖向构件仅为为轻度损坏。轻微损坏并不是构件发生了损坏，而是软件设定有一点损伤即认为发生了损坏，图7

3.7设防地震下消能器耗能分析

表12、表13为结构三个单元在动力弹塑性分析中的耗能分析，在设防地震作用下消能器与地震总输入能量的比值均大于20%，证明结构消能器减震效果明显，有效地减小了结构的地震作用，提高了结构抗震性能。

4结论

本文选用SATWE软件采用振型分解反应谱法进行中震弹性、不屈服计算，结合《抗规》M1.2-2，M1.2-3的相应要求验算构件，考察其是否能达到预期的性能目标，进行结构构件性能计算分析［1］。并采用SAUSAGE软件进行结构弹性时程分析和动力弹塑性时程分析，得出结论：

（1）结构各个单元在设防地震下的等效弹性和动力弹塑性位移角均小于1/400，满足设防地震下正常使用的要求。

（2）结构的关键竖向构件能满足“中震弹性的要求”，满足《抗规》公式M1.2-2的要求，满足抗规附录M中性能2的要求。

（3）结构的普通竖向构件，水平构件能满足“中震不屈服的要求”，满足《抗规》公式M1.2-3的要求，满足抗规附录M中性能3的要求。

（4）通过对比是否设置消能阻尼器两个模型以及考察消能器在地震中的耗能比例，证明设置消能阻尼器后结构减震效果较好。

综上，结构在设防地震下能够满足正常使用的要求。

参考文献

［1］建筑抗震设计规范：GB 50011-2010［S］.2016年版 北京：中国建筑工业出版社，2016.

［2］高层建筑混凝土结构技术规程： JGJ 3-2010［S］.北京：中国建筑工业出版社，2010.

［3］建设工程抗震管理条例［S］.北京： 中国法治出版社， 2021.

［4］孙洋， 熊峰. 某超高层结构抗震性能设计［J］. 建筑结构，2013，43（S1）.

［5］兰盛磊. 某300米超高层建筑结构基于性能的抗震设计［D］. 成都： 西南交通大学，2014.

［作者简介］孙洋（1989—），男，硕士，工程师，研究方向为结构设计。