采用PKPM+SAUSG的河南省鹤壁市某医院隔震设计案例分享

2022年11月19日PKPM0

一、工程概况文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

本工程的建筑使用功能为医院病房楼,位于河南省鹤壁市,抗震设防烈度8度,设计基本地震加速度值为0.20g,设计地震分组为第二组,场类别为II类,场地特征周期0.40s,抗震设防类别为重点设防,抗震等级为一级;主体结构采用钢筋混凝土框架结构,地下2层(隔震层为地下1层),地上8层,建筑结构高度32.4m,长约62.0m,宽约17.0m;基本风压为0.45kN/㎡,地面粗糙度为C类;设计使用年限50年,安全等级为一级。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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图1-1工程效果图文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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图1-2工程三维模型示意图文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

二、工程设计文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

2.1 设计主要依据和资料文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

本工程隔震设计所依据的主要规范、图集如下:文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

1、《建筑抗震设防分类标准》(GB50223-2008);文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

2、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012);文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

3、《建筑结构可靠性设计统一标准》(GB50068-2018);文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

4、《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)(2016版);文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

5、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)(2015版);文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

6、《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011);文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

7、《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015);文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

8、《工程结构通用规范》(GB55001-2021);文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

9、《建筑与市政工程抗震通用规范》(GB55002-2021);文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

10、《混凝土结构通用规范》(GB55008-2021);文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

11、《建设工程抗震管理条例》;文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

12、《建筑隔震设计标准》(GB/T51408-2021);文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

13、《建筑结构隔震构造详图》(03SG610-1);文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

14、《叠层橡胶支座隔震技术规程》(CECS126-2001)等。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

2.2 结构分析与设计软件的选用文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

本工程采用PKPM2021版V1系列结构分析软件进行隔震结构的建模与分析设计。该单体结构平面、竖向规则,依据《建筑隔震设计标准》(以下简称隔标)4.1.3条,可采用复振型分解反应谱法迭代计算隔震支座刚度和阻尼比,进行隔震结构的设计。可在PKPM软件中布置隔震支座,定义关键构件、普通水平构件、普通竖向构件,对隔震模型进行整体分析计算;可在一个模型计算目录下,一键实现中震隔震、中震非隔震、大震隔震等多模型的性能包络设计,方便快捷。采用SAUSG-GZ进行大震下的弹塑性分析。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

三、隔震设计文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

3.1 隔震设计目标及设计思路文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

本工程通过在地下室的顶板与正负零之间设置隔震装置及其相连构件,形成隔震层,从而降低上部结构的地震响应,实现隔震的功能。隔震支座直接固定在地下室顶板柱顶。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

依据《隔标》1.0.3条、3.1.3条、4.4.4条、4.4.5条、4.7.2条、6.1.3条等条文,控制上部结构底部剪力比不大于0.5。根据《隔标》的相关规定,本工程构件的主要性能目标信息详见表3.1。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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3.2 隔震支座的选取和布置文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

3.2.1本工程隔震支座采用的是铅锌橡胶隔震支座+普通橡胶隔震支座,主要技术参数见表3.2.1。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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3.2.2本工程隔震支座布置详见图3.3.2-1。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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图3.3.2-1隔震支座布置图文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

PKPM-GZ模块可以进行一键自动布置隔震支座,方便快捷的完成隔震支座的初步选型。如图3.3.2-2。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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图3.3.2-2隔震支座自动布置示意图文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

3.2.3本单体模型软件主要技术参数设置内容如图3.2.3-1、3.2.3-2所示。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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图3.2.3-1隔震设计主要技术参数文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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图3.2.3-2隔震层区域构件、性能目标指定文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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图3.2.3-3PKPM接SSG接口位置文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

四、结构分析与计算文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

4.1 结构动力特性分析文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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设防地震(中震)作用下,隔震结构与非隔震结构的周期对比见表4.1,《叠层橡胶支座隔震技术规程》规定:隔震房屋两个方向的基本周期相差不宜超过较小值的30%。由表4.1可知,采用隔震技术后,结构的周期明显延长,且满足相关规定要求。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

4.2 底部剪力比文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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表4.2给出了设防地震下隔震结构层间剪力与非隔震结构层间剪力的比值。从表中数据可以看出地震作用沿0度时的底部剪力比为0.42,地震作用沿90度时的底部剪力比为0.42,最终底部剪力比取0.42。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

4.3 设防地震下弹性层间位移角文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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从表4.3中可知本工程的层间位移角的最大值X向为1/659,Y向为1/634,二者均能满足《建筑隔震设计标准》的限值要求。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

4.4 隔震层偏心率文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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由上表可知,设防地震下隔震层偏心率满足《建筑隔震设计标准》4.6.2-4的要求。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

4.5 抗风验算文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

隔震层必须具备足够的屈服前刚度和屈服承载力,以满足微振动和风荷载作用下的要求。《建筑隔震设计标准》第4.6.8条规定抗风承载力应符合下式规定:YwVwk≤VRw,即1.5Vwkx=928.4<3406.6KN,1.5Vwky=3394.4<3406.6KN,满足要求;《抗规》规定:采用隔震的结构风荷载和其他非地震作用的水平荷载标准值产生的总水平力不宜超过结构总重力的10%。本结构总重力荷载代表值为137667.7KN,其10%大于风荷载产生的水平力618.9KN(X向),2262.9KN(Y向),满足规范要求,以上结果在隔震计算书中展示。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

4.6  隔震支座验算文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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图4.6隔震层支座长期面压、拉压应力、变形验算、屈重比验算结果文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

为了文字看的清晰,仅以几个隔震支座验算结果为例,详见图4.6所示。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

4.7 罕遇地震隔震层抗倾覆验算文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

根据《建筑隔震设计标准》第4.6.9-2条规定,隔震结构应进行罕遇地震作用下的抗倾覆验算,由上部结构重力荷载代表值计算的抗倾覆力矩与罕遇地震下倾覆力矩之比不应小于1.1。该隔震结构的抗倾覆分析由复振型分解反应谱(罕遇地震谱)法结合自动迭代隔震层等效刚度和阻尼比的方法确定,软件分析结果如下表4.7所示。由表4.7结果可知,结构罕遇地震下最不利抗倾覆与倾覆力矩比值为2.70,满足规范要求。此数据可从模型目录下ISOLATE_RQFL_VLDT.OUT文件中查看。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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4.8文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

隔震支座恢复力和屈服力验算文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

根据《建筑隔震设计标准》第4.6.1-4条规定,当隔震层采用隔震支座和阻尼器时,应使隔震层在地震后基本恢复原位,隔震层在罕遇地震作用下的水平最大位移所对应的恢复力,不宜小于隔震层屈服力与摩阻力之和的1.2倍,软件分析结果如表4.8所示,可满足规范要求。此数据可从模型目录下ISOLATE_QRQY_VLDT.OUT文件中查看。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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4.9文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

罕遇地震作用下SSG弹塑性时程分析结果文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

4.9.1主要参数对比文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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图4.9.1-2罕遇地震下结构层间位移角文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

由表4.9.1-1可知,PKPM与SSG罕遇地震下主要指标相差不大;由图4.9.1-2可知,罕遇地震作用下结构层间位移角满足规范1/100之一的要求;由图4.9.1-3可知,各项指标均显示蓝色,证明均满足规范要求,鉴于篇幅限值,不再赘述。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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图4.9.1-3SSG隔震规范审查文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

4.10 配筋结果及施工图文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

如图4.10.1示意,PKPM可以在一个主模型内实现中震隔震模型、大震隔震模型的配筋包络设计,此时需要从主模型下进入施工图绘制模块。另外,如图4.10.1示意,计算书可以选择显示各个子模型的包络设计信息,方便设计师查看及提交审图机构。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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图4.10.1配筋结果查看文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

五、结论文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

通过本文所述内容及分析结果证明,该工程采用隔震方案是有效可靠的;通过增加隔震层后,有效的降低了上部结构的地震响应,并且结构各项指标均满足相关规范、规程及标准的要求。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

基于PKPM+SAUSG的一体化设计应用方案,既能满足《隔标》设防地震及正常使用相关技术要点,又能实现构件设计自动满足不同性能水准的目标要求,可以方便设计师高效完成配筋计算书出图及相关结构设计指标整理的工作。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

说明:本实例主要介绍了隔震结构分析的相关参数设置与验算要点,关于隔震结构的施工与维护,隔震层的构造措施、隔震支座的检测应按相应规范规程标准的要求进行实施。文章源自自学土木网-https://www.zxtm.com/ruanjian/pkpm/7025.html

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