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    云南省林科院辦公大樓減震加固

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    日期:2018-01-18   瀏覽:2410

    案列說明

    云南省林科院辦公大樓為8層混凝土現澆框架結構,建于1989年,經抗震鑒定其抗震性能不滿足現行規范要求,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黑龍潭,建于1989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構,局部9層。原設計采用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澆板,整棟建筑由兩條防震縫分隔為三個單體。根據抗規,其抗震設防烈度應為8度,設計基本地震加速度峰值0.2g,屬于標準抗震設防類,場地類別為Ⅱ類,設計地震分組為第三組,場地特征周期為0.45s,50年重現期基本風壓為0.33kN/m2。

    原結構根據《工業與民用抗震設計規范》(TJ 11—74)進行設計,按照抗震設防烈度7度進行設防,期間國家對混凝規范和抗規范進行多次修訂,并且在指導思想上限制在地震區使用預制板結構體系,因此該建筑的實際抗震設防設計標準已經較現行規范要求有較大的差距。經過抗震鑒定,原結構的抗震措施及抗震承載力均不滿足現行規范要求,且混凝土強度等級僅達到C18水平,需要進行加固才能繼續使用。綜合考慮加固的經濟性、施工工期及環境影響等因素后,將三個單體連接成整體,采用疊層橡膠支座進行基礎隔震加固的方法對原結構加固處理,加固后建筑后續使用年限為40年。

    2 隔震結構分析

    2.1 分析模型

    采用ETABS 9.7.4建立相應的整體隔震三維有限元模型。由于原結構大量采用預制板,因此模型中對樓板采取非強制剛性板,不計入預制板對結構剛度的貢獻。在設計隔震層時,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

    據場地條件選取了符合抗規要求的2條人工模擬加速度時程和5條天然強震記錄,7條地震波擬合反應譜與規范設計反應。

    2.3 地震動響應分析

    采用隔震技術后,結構第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,隔震結構第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。

    隔震結構和非隔震結構的樓層剪力和傾覆力矩包絡。(圖中用帶“*”和不帶“*”表示隔震結構和非隔震結構的地震響應)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構的傳遞,提高了上部結構的抗震性能。

    樓層層間位移角曲線,可知在設防地震作用下,上部結構構件仍然處于彈性階段,因此本綜合樓經過隔震加固后可達到性能化設計中性能水準1的標準,達到“中震不壞”,上部結構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拉應力,滿足抗規要求。

    3 隔震加固施工技術

    本工程采用隔震技術進行加固在云南省尚屬首例,施工方案按施工順序分為結構卸載、基礎開挖、頂升與托換、單體拼接、整體恢復五個技術環節:

    (1)結構卸載:移除上部結構活荷載、拆除非承重粘土磚隔墻、拆除原裝修,以減輕上部結構荷載,確保順利頂升,并保證施工安全性,另外還應切斷水、電管線。

    (2)基礎開挖與上部結構局部補強:拆除一層散水、花臺及入戶臺階等附屬構件,并將基礎周圍回填土開挖至基礎頂面,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鍵工序,綜合考慮安全性、經濟性、可操作性及施工工期的影響,提出了包鋼托梁托換方法。

    (a)卸載前

    (b)卸載后

    圖15橡膠支座安裝

    (4)單體拼接:待全部原結構框架柱托換完畢,采用C30普通混凝土在原防震縫處二次澆筑梁、板結構,將三個分離單體連接成整體框架結構,同時采用C30混凝土整體現澆隔震層頂部梁、板結構,以保證隔震加固后上部結構整體性。

    (5)整體恢復:單體拼接完成后,按照設計圖紙,分別恢復隔震層周圍擋墻、散水、室外臺階、樓電梯、水電管線、室內外裝修,其中在擋墻、室外臺階、樓電梯、水電管線恢復施工過程應參照《建筑結構隔震構造詳圖》(03SG610—1),滿足隔震建筑的相關構造要求。

    4 結論

    本項目為云南省首例采用隔震技術對既有建筑進行加固的工程案例,分析表明:采用隔震技術后水平地震作用顯著降低,達到降低水平地震作用的目的,上部結構可按7度設防進行加固處理;設防地震作用下隔震層消耗了約75%的輸入地震動能量,上部結構樓層層間位移角最大值為1/582, 上部結構構件仍然處于彈性階段,可達到性能化設計中性能水準1“中震不壞”的標準,罕遇地震作用下隔震支座最大位移、短期極大面壓及短期極小面壓均滿足規范要求;對隔震加固施工流程進行概述,并對頂升與托換關鍵施工環節進行詳細闡述,針對本項目特點提出了包鋼托梁托換方法,為既有建筑隔震加固的實施提供經驗與參考,同時對隔震加固地方標準、行業標準乃至國家標準的制定與編寫提供必要的數據與實踐支撐

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