結(jié)構(gòu)所-李博倫

一、 工程概況

鹽東鎮(zhèn)衛(wèi)生院改建前原為鹽城市新城鄉(xiāng)大廈，該大廈位于江蘇省鹽城市亭湖區(qū)鹽東鎮(zhèn)，建于2012年前后，總建筑面積約9300㎡，建筑高度43.5m，為地上十層（局部十一層）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，主要功能為辦公，建成后由于種種原因空置至今?，F(xiàn)新冠疫情來(lái)臨之際，為響應(yīng)上級(jí)政府號(hào)召，改善加強(qiáng)當(dāng)?shù)蒯t(yī)療救治能力，將原新城鄉(xiāng)大廈改建為鹽東鎮(zhèn)衛(wèi)生院。改擴(kuò)建與新建項(xiàng)目相比，具有工期較短，造價(jià)較低的優(yōu)勢(shì)，能更快速地應(yīng)對(duì)新冠肺炎疫情帶來(lái)的挑戰(zhàn)。


新城鄉(xiāng)大廈原有設(shè)計(jì)條件為抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.15g，場(chǎng)地設(shè)計(jì)特征周期0.65s，剪力墻抗震等級(jí)二級(jí)，框架抗震等級(jí)三級(jí)。因相關(guān)規(guī)范修訂及醫(yī)療建筑抗震設(shè)防類別為乙類，并根據(jù)《江蘇省防震減災(zāi)條例》第二十二條的規(guī)定，本工程應(yīng)按當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度提高一檔進(jìn)行設(shè)防，因此改建設(shè)計(jì)時(shí)主要設(shè)計(jì)條件為抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計(jì)地震基本加速度值0.20g，場(chǎng)地設(shè)計(jì)特征周期0.90s，剪力墻抗震等級(jí)一級(jí)，框架抗震等級(jí)二級(jí)。對(duì)比可知，新舊設(shè)計(jì)條件差異較大，若采用常規(guī)加固做法較難使建筑物滿足現(xiàn)行規(guī)范的相關(guān)要求，綜合考慮施工周期及成本，本項(xiàng)目決定采用粘滯阻尼器以滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

二、 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

粘滯阻尼器一般由缸體、活塞和粘性液體所組成，如圖所示。缸體內(nèi)裝有粘性液體，液體常為硅油或其他粘性流體，活塞上開有小孔。當(dāng)活塞在缸體內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，液體從活塞上的小孔通過(guò)，對(duì)活塞和缸體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻尼，從而消耗震動(dòng)能量。

圖2.粘滯阻尼器構(gòu)造示意圖

粘滯阻尼器主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
1.在其他領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用發(fā)展，可見(jiàn)其良好的使用性及可行性，因此設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富，能在土木工程領(lǐng)域較好推廣應(yīng)用。
2.基本上不需要維修，可長(zhǎng)期安置，經(jīng)過(guò)地震后，原則上阻尼器不致破壞，便可不需更換繼續(xù)使用，即使需要更換，操作也較為容易。
3.在粘滯阻尼器消能的過(guò)程中必然會(huì)有溫度升高或降低的情形，然而溫度的變化對(duì)粘滯阻尼器的消能功能不會(huì)有太大影響。
4.粘滯阻尼器在被動(dòng)裝置的消能系統(tǒng)中，是一種速度相關(guān)型的消能裝置，不會(huì)增加結(jié)構(gòu)剛度而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)周期減少，且粘滯阻尼器能夠增加結(jié)構(gòu)阻尼比，有效減少結(jié)構(gòu)反應(yīng)（位移、速度、加速度）。
5.粘滯阻尼器布置形式多樣，有墻式、斜撐式、K字型等多種形式，可結(jié)合工程設(shè)計(jì)條件靈活選用。
阻尼器的平面內(nèi)布置位置應(yīng)盡量遵循“均勻、分散、對(duì)稱”的原則，本項(xiàng)目中典型樓層及部位阻尼器布置情況見(jiàn)下圖。

圖3.三層阻尼器平面布置圖

圖4.C軸阻尼器立面布置圖

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）中第12.3.4條：消能部件附加給結(jié)構(gòu)的有效阻尼比，可按下列方法確定。

消能部件附加給結(jié)構(gòu)的有效阻尼比可按下式估算：

下表為軟件計(jì)算得到的附加阻尼比，可知X和Y方向的最小附加阻尼比分別為10.70%和10.23%，整體結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)取附加阻尼比9%。

為保證阻尼器充分發(fā)揮作用，《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》和《建筑消能減震應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中對(duì)子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)均提出一定的要求：消能子結(jié)構(gòu)中梁、柱和墻構(gòu)件宜按重要構(gòu)件設(shè)計(jì)，并應(yīng)考慮罕遇地震作用效應(yīng)和其他荷載作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)，其值應(yīng)小于構(gòu)件極限承載力。為此，首先需保證阻尼器與原結(jié)構(gòu)有可靠連接，通過(guò)與支撐相連的框架梁、柱的性能水平，考察各消能子框架在大震作用下是否能達(dá)到既定的性能目標(biāo)。

圖5.粘滯阻尼器與框架梁連接節(jié)點(diǎn)做法

圖6.大震下構(gòu)件損傷情況 

由上圖可以看出，大震下，大部分框架梁、柱損壞在中度以下，底層局部剪力墻及與其相連的墻梁出現(xiàn)重度損傷；結(jié)構(gòu)梁的塑性損傷重于柱的塑性損傷，滿足“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

三、 結(jié)論

1.多遇地震下，粘滯阻尼器可以提供附加阻尼比，結(jié)構(gòu)X向和Y向最大位移角分別為1/1292、1/1207，滿足規(guī)范要求，無(wú)阻尼器時(shí)X向與Y向最大位移角均僅為1/750左右
2.罕遇地震下，結(jié)構(gòu)X向和Y向最大位移角分別為1/130、1/119，滿足規(guī)范要求。
3.罕遇地震下，除一層個(gè)別短墻損傷較重外，其他墻體均在中度損傷以下，結(jié)構(gòu)梁柱損傷較輕，在中度損傷以下，結(jié)構(gòu)具有較大的安全儲(chǔ)備。
綜上所述，在改建加固項(xiàng)目設(shè)計(jì)中粘滯阻尼器可耗散大量地震作用，有效使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求，且有著施工較為簡(jiǎn)便、施工周期短、對(duì)原結(jié)構(gòu)破壞較小的優(yōu)點(diǎn)。

圖7.項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)安裝完成的阻尼器