作者:xzwtkj.cn 時間:2019-11-28 14:35??點擊:
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云南省林科院辦公大樓為8層混凝土現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu),建于1989年,經(jīng)抗震鑒定其抗震性能不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求,需進行抗震加固。為減少對上部建筑使用功能的影響,降低綜合造價,縮短加固施工周期,對其采用隔震技術(shù)進行加固。
1 工程概況
云南省林科院辦公大樓位于云南省昆明市盤龍區(qū)黑龍?zhí)?,建?989年11月,總建筑面積為6816.74m2,建筑高度30.9m,為8層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),局部9層。原設(shè)計采用C20混凝土,主梁截面尺寸為250×(450~600),柱子截面尺寸為500×(500~600),其中少量樓板為鋼筋混凝土現(xiàn)澆板,整棟建筑由兩條防震縫分隔為三個單體。根據(jù)抗規(guī),其抗震設(shè)防烈度應(yīng)為8度,設(shè)計基本地震加速度峰值0.2g,屬于標準抗震設(shè)防類,場地類別為Ⅱ類,設(shè)計地震分組為第三組,場地特征周期為0.45s,50年重現(xiàn)期基本風壓為0.33kN/m2。
原結(jié)構(gòu)根據(jù)《工業(yè)與民用抗震設(shè)計規(guī)范》(TJ 11—74)進行設(shè)計,按照抗震設(shè)防烈度7度進行設(shè)防,期間國家對混凝規(guī)范和抗規(guī)范進行多次修訂,并且在指導(dǎo)思想上限制在地震區(qū)使用預(yù)制板結(jié)構(gòu)體系,因此該建筑的實際抗震設(shè)防設(shè)計標準已經(jīng)較現(xiàn)行規(guī)范要求有較大的差距。經(jīng)過抗震鑒定,原結(jié)構(gòu)的抗震措施及抗震承載力均不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求,且混凝土強度等級僅達到C18水平,需要進行加固才能繼續(xù)使用。綜合考慮加固的經(jīng)濟性、施工工期及環(huán)境影響等因素后,將三個單體連接成整體,采用疊層橡膠支座進行基礎(chǔ)隔震加固的方法對原結(jié)構(gòu)加固處理,加固后建筑后續(xù)使用年限為40年。
2 隔震結(jié)構(gòu)分析
2.1 分析模型
采用ETABS 9.7.4建立相應(yīng)的整體隔震三維有限元模型。由于原結(jié)構(gòu)大量采用預(yù)制板,因此模型中對樓板采取非強制剛性板,不計入預(yù)制板對結(jié)構(gòu)剛度的貢獻。在設(shè)計隔震層時,考慮了隔震層豎向承載能力及適宜的水平剛度,并進行了隔震層的抗風驗算,結(jié)果表明隔震層屈服力大于風荷載標準值的1.4倍,滿足抗風要求。本工程共使用了72個疊層橡膠支座。
2.2地震動評價
據(jù)場地條件選取了符合抗規(guī)要求的2條人工模擬加速度時程和5條天然強震記錄,7條地震波擬合反應(yīng)譜與規(guī)范設(shè)計反應(yīng)。
2.3 地震動響應(yīng)分析
采用隔震技術(shù)后,結(jié)構(gòu)第1階周期由1.279s延長至2.619s,第2階周期由1.199s延長至2.539s,隔震結(jié)構(gòu)第1,2階振型分別為X向平動、Y向平動,第3階振型為繞Z軸(豎向)的扭轉(zhuǎn)。
隔震結(jié)構(gòu)和非隔震結(jié)構(gòu)的樓層剪力和傾覆力矩包絡(luò)。(圖中用帶“*”和不帶“*”表示隔震結(jié)構(gòu)和非隔震結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng))由可知,該辦公樓隔震加固后的減震效果明顯。
隔震層由天然橡膠支座和鉛芯橡膠支座組成,其中天然橡膠支座近似為彈性支座,不具備耗能能力,因此鉛芯橡膠支座的耗能能力就決定了隔震層的耗能能力。設(shè)防地震作用下橡膠支座的滯回曲線,其中鉛芯橡膠支座滯回曲線飽滿,耗散了大部分地震能量,隔震層耗能約占輸入地震動能量的75%,大大減少了地震能量向上部結(jié)構(gòu)的傳遞,提高了上部結(jié)構(gòu)的抗震性能。
樓層層間位移角曲線,可知在設(shè)防地震作用下,上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件仍然處于彈性階段,因此本綜合樓經(jīng)過隔震加固后可達到性能化設(shè)計中性能水準1的標準,達到“中震不壞”,上部結(jié)構(gòu)的抗震性能得到很大提高。
在罕遇地震作用下橡膠隔震支座最大水平位移為193mm,滿足抗規(guī)要求;考慮豎向地震作用,橡膠隔震支座罕遇地震作用下短期極大面壓為8.11MPa,小于30MPa,且所有橡膠支座均未出現(xiàn)拉應(yīng)力,滿足抗規(guī)要求。
3 隔震加固施工技術(shù)
本工程采用隔震技術(shù)進行加固在云南省尚屬首例,施工方案按施工順序分為結(jié)構(gòu)卸載、基礎(chǔ)開挖、頂升與托換、單體拼接、整體恢復(fù)五個技術(shù)環(huán)節(jié):
(1)結(jié)構(gòu)卸載:移除上部結(jié)構(gòu)活荷載、拆除非承重粘土磚隔墻、拆除原裝修,以減輕上部結(jié)構(gòu)荷載,確保順利頂升,并保證施工安全性,另外還應(yīng)切斷水、電管線。
(2)基礎(chǔ)開挖與上部結(jié)構(gòu)局部補強:拆除一層散水、花臺及入戶臺階等附屬構(gòu)件,并將基礎(chǔ)周圍回填土開挖至基礎(chǔ)頂面,為隔震層施工留出操作空間。
(3)頂升與托換:頂升與托換為隔震加固施工的關(guān)鍵工序,綜合考慮安全性、經(jīng)濟性、可操作性及施工工期的影響,提出了包鋼托梁托換方法。
(4)單體拼接:待全部原結(jié)構(gòu)框架柱托換完畢,采用C30普通混凝土在原防震縫處二次澆筑梁、板結(jié)構(gòu),將三個分離單體連接成整體框架結(jié)構(gòu),同時采用C30混凝土整體現(xiàn)澆隔震層頂部梁、板結(jié)構(gòu),以保證隔震加固后上部結(jié)構(gòu)整體性。
(5)整體恢復(fù):單體拼接完成后,按照設(shè)計圖紙,分別恢復(fù)隔震層周圍擋墻、散水、室外臺階、樓電梯、水電管線、室內(nèi)外裝修,其中在擋墻、室外臺階、樓電梯、水電管線恢復(fù)施工過程應(yīng)參照《建筑結(jié)構(gòu)隔震構(gòu)造詳圖》(03SG610—1),滿足隔震建筑的相關(guān)構(gòu)造要求。