減震案例分享丨鎮(zhèn)江市第二實驗小學3#教學樓減震結構設計
根據(jù)鎮(zhèn)江市住房和城鄉(xiāng)建設局《關于進一步加強建設工程抗震管理工作的通知》（鎮(zhèn)建設計[2022]54號）的要求，本工程在新建時，應當按照國家有關規(guī)定采用隔震減震等技術，保證發(fā)生本區(qū)域設防地震時能夠滿足正常使用要求，提高建設工程抗震性能。
第二實驗小學位于鎮(zhèn)江新區(qū)，分成四個建筑單體：3#教學樓、4#教學樓、綜合樓和報告廳，效果圖詳見圖1-1和圖1-2。其中3#教學樓建筑高度為18.7米，上部結構為4層（三維模型圖詳見圖1-3），結構形式為混凝土框架結構，設計工作年限為50年，安全等級為一級，重點設防類（乙類）?？拐鹪O防烈度為7度，基本地震加速度0.1g，地震分組第一組，建筑場地類別Ⅲ類。
圖1-1 工程效果圖
圖1-2 工程效果圖
圖1-3 三維模型圖
本工程減震設計所依據(jù)的主要規(guī)范、圖集如下：
1)《工程結構通用規(guī)范》(GB 55001-2021)
2)《建筑與市政工程抗震通用規(guī)范》(GB 55002-2021)
3)《建筑工程抗震設防分類標準》(GB 50223-2008)
4)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306-20015)
5)《建筑消能減震技術規(guī)程》(JGJ297-2013)；
6)《建筑消能阻尼器》(JG/T 209-2012)
7)《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術導則》（RISN-TG046-2012)
8)《建設工程管理條例》
9) （鎮(zhèn)建設計[2022]54號）
本工程根據(jù)《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術導則》（下文簡稱導則）要求進行設計，YJK軟件可以較好的實現(xiàn)導則的設計要求，所以本工程采用YJK5.3.0版本進行減震結構設防地震下的建模與分析設計。
本工程為學校為人員密集型建筑，屬于《導則》3.1.1條中的第II類建筑，設防地震下的性能目標詳見表3-1。
表3-1
2.1 阻尼器性能參數(shù)
本工程采用的是筒式粘滯阻尼器（圖3-1），主要計算參數(shù)見表3-2：
圖3-1 粘滯阻尼器
表3-2
2.2阻尼器布置
按照《建筑消能減震技術規(guī)程》 、《建筑消能阻尼器》的要求，在不影響建筑效果及使用功能的前提下，通過方案對比（計算流程詳圖3-2），采用28個粘滯阻尼器，均勻布置于位移角較大的部位，其平面布置見圖3-3。1~4 層，每層各布置7個阻尼器，X向布置3個，Y向布置4個。
圖3-2 減震設計流程圖
圖3-3 阻尼器布置圖
設防地震下有無阻尼器模型的周期對比詳見表4-1，很好的說明了粘滯阻尼器沒有提供附加剛度。
表4-1 周期對比
本工程所用的附加阻尼比通過時程分析得到的阻尼比作為參考，結合經驗最終確定。
中震時程分析選波詳見圖4-1，《抗規(guī)》規(guī)定：多組時程波的平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應譜法所用的地震影響系數(shù)曲線相比，在對應于結構主要振型的周期點上相差不大于 20%，對比圖詳見圖4-2。每條時程波計算所得結構底部剪力均介于振型分解反應譜法計算結果的65%~135%之間；7條時程波計算所得結構底部剪力平均值介于振型分解反應譜法計算結果的80~120%之間，對比詳見表4-2。
T1（天然波）：Chi-Chi，Taiwan-05_NO_2983(0.48)
T2（天然波）：Chi-Chi,Taiwan-06_NO_3302(0.44)
T3（天然波）：Imperial Valley-06_NO_161,Tg(0.45)
T4（天然波）：Morgan Hill_NO_464,Tg(0.43)
T5（天然波）Northridge-01_NO_959(0.47)
R1（人工波）：ArtWave-RH2TG055(0.55)
R2（人工波）：ArtWave-RH3TG045(0.45)
圖4-1 波形圖
圖4-2時程分析曲線與反應譜曲線對比圖
表4-2 時程波與反應譜的底部剪力比值
表4-3列出了本工程設防地震下有阻尼器模型時程分析方法得到的附加阻尼比。在參考軟件計算值的基礎上，根據(jù)工程經驗取設防地震下附加阻尼比為3%，參與設計計算。
表4-3 時程波的計算附加阻尼比
本工程設防地震下有阻尼器模型的結構位移詳見表4-4。由表6可得有阻尼器模型設防地震下結構X、Y向層間位移角均滿足《導則》的限值1/300，減震前后位移角變化非常明顯，側面說明減震發(fā)揮了較明顯的作用，減震效果良好。
表4-4 樓層結構位移
在建筑上布置阻尼器后，減震結構比非減震結構首層 X 向剪力減小17.1%，Y 向為16.7%，詳見表7。在第二層及以上各層也有較大幅度的減小。在建筑布置阻尼器的 2、3、4 層 X 向樓層剪力分別減小17.8%、19.4%、24.6%，Y 向分別為 18.8%、19.9%、23.6%（詳見表4-5）。
表4-5 樓層剪力
采用時程分析方法（FNA）選取5條天然波，2條人工波，進行中震下彈性時程分析計算，波譜的詳細情況見第四-02小節(jié)。該方法能對主體結構彈性，阻尼器處于非線性時的結構進行分析。圖5-1和圖5-2分別為采用 X 向為主方向和 Y 向為主方向地震波進行時程分析時阻尼器的典型滯回曲線。地震作用下，阻尼器在設防地震下滯回曲線飽滿，表明阻尼器工作狀態(tài)較好，具有較強的耗能能力。
圖5-1 X向阻尼器滯回曲線示意圖
圖5-2 Y向阻尼器滯回曲線示意圖
1.本工程設置粘滯型阻尼器后，減震結構在設防地震作用下，X、Y向最大層間位移角均小于 1/300，滿足要求。與無阻尼器模型對比來看，有阻尼器模型在設防地震下結構層間位移角得到有效降低。
2.本工程設置粘滯性阻尼器后，阻尼器可為原結構提供3%的附加阻尼比，樓層剪力得到有效降低；在設防地震作用下，減震結構相比于非減震結構樓層剪力減少約15%~25%，減震效果良好。
3.在設防地震作用下，各阻尼器能正常工作，滯回環(huán)飽滿，耗能能力強。