云南省林科院办公大楼减震加固

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日期:2018-01-18   浏览:210

案列说明

云南省林科院办公大楼为8层混凝土现浇框架结构,建于1989年,经抗震鉴定其抗震性能不满足现行规范要求,需进行抗震加固。为减少对上部建筑使用功能的影响,降低综合造价,缩短加固施工周期,对其采用隔震技术进行加固。

1 工程概况

云南省林科院办公大楼位于云南省昆明市盘龙区黑龙潭,建于198911月,总建筑面积为6816.74m2,建筑高度30.9m,为8层钢筋混凝土框架结构,局部9层。原设计采用C20混凝土,主梁截面尺寸为250×(450600),柱子截面尺寸为500×(500600),其中少量楼板为钢筋混凝土现浇板,整栋建筑由两条防震缝分隔为三个单体。根据抗规,其抗震设防烈度应为8度,设计基本地震加速度峰值0.2g,属于标准抗震设防类,场地类别为Ⅱ类,设计地震分组为第三组,场地特征周期为0.45s50年重现期基本风压为0.33kN/m2

原结构根据《工业与民用抗震设计规范》(TJ 1174)进行设计,按照抗震设防烈度7度进行设防,期间国家对混凝规范和抗规范进行多次修订,并且在指导思想上限制在地震区使用预制板结构体系,因此该建筑的实际抗震设防设计标准已经较现行规范要求有较大的差距。经过抗震鉴定,原结构的抗震措施及抗震承载力均不满足现行规范要求,且混凝土强度等级仅达到C18水平,需要进行加固才能继续使用。综合考虑加固的经济性、施工工期及环境影响等因素后,将三个单体连接成整体,采用叠层橡胶支座进行基础隔震加固的方法对原结构加固处理,加固后建筑后续使用年限为40年。

2 隔震结构分析

2.1 分析模型

采用ETABS 9.7.4建立相应的整体隔震三维有限元模型。由于原结构大量采用预制板,因此模型中对楼板采取非强制刚性板,不计入预制板对结构刚度的贡献。在设计隔震层时,考虑了隔震层竖向承载能力及适宜的水平刚度,并进行了隔震层的抗风验算,结果表明隔震层屈服力大于风荷载标准值的1.4倍,满足抗风要求。本工程共使用了72个叠层橡胶支座。

2.2地震动评价

据场地条件选取了符合抗规要求的2条人工模拟加速度时程和5条天然强震记录,7条地震波拟合反应谱与规范设计反应。

2.3 地震动响应分析

采用隔震技术后,结构第1阶周期由1.279s延长至2.619s,第2阶周期由1.199s延长至2.539s,隔震结构第1,2阶振型分别为X向平动、Y向平动,第3阶振型为绕Z轴(竖向)的扭转。

隔震结构和非隔震结构的楼层剪力和倾覆力矩包络。(图中用带“*”和不带“*”表示隔震结构和非隔震结构的地震响应)由可知,该办公楼隔震加固后的减震效果明显。

隔震层由天然橡胶支座和铅芯橡胶支座组成,其中天然橡胶支座近似为弹性支座,不具备耗能能力,因此铅芯橡胶支座的耗能能力就决定了隔震层的耗能能力。设防地震作用下橡胶支座的滞回曲线,其中铅芯橡胶支座滞回曲线饱满,耗散了大部分地震能量,隔震层耗能约占输入地震动能量的75%,大大减少了地震能量向上部结构的传递,提高了上部结构的抗震性能。

楼层层间位移角曲线,可知在设防地震作用下,上部结构构件仍然处于弹性阶段,因此本综合楼经过隔震加固后可达到性能化设计中性能水准1的标准,达到“中震不坏”,上部结构的抗震性能得到很大提高。

在罕遇地震作用下橡胶隔震支座最大水平位移为193mm,满足抗规要求;考虑竖向地震作用,橡胶隔震支座罕遇地震作用下短期极大面压为8.11MPa,小于30MPa,且所有橡胶支座均未出现拉应力,满足抗规要求。

3 隔震加固施工技术

本工程采用隔震技术进行加固在云南省尚属首例,施工方案按施工顺序分为结构卸载、基础开挖、顶升与托换、单体拼接、整体恢复五个技术环节:

1)结构卸载:移除上部结构活荷载、拆除非承重粘土砖隔墙、拆除原装修,以减轻上部结构荷载,确保顺利顶升,并保证施工安全性,另外还应切断水、电管线。

2)基础开挖与上部结构局部补强:拆除一层散水、花台及入户台阶等附属构件,并将基础周围回填土开挖至基础顶面,为隔震层施工留出操作空间。

3)顶升与托换:顶升与托换为隔震加固施工的关键工序,综合考虑安全性、经济性、可操作性及施工工期的影响,提出了包钢托梁托换方法。

a)卸载前

b)卸载后

15橡胶支座安装

4)单体拼接:待全部原结构框架柱托换完毕,采用C30普通混凝土在原防震缝处二次浇筑梁、板结构,将三个分离单体连接成整体框架结构,同时采用C30混凝土整体现浇隔震层顶部梁、板结构,以保证隔震加固后上部结构整体性。

5)整体恢复:单体拼接完成后,按照设计图纸,分别恢复隔震层周围挡墙、散水、室外台阶、楼电梯、水电管线、室内外装修,其中在挡墙、室外台阶、楼电梯、水电管线恢复施工过程应参照《建筑结构隔震构造详图》(03SG6101),满足隔震建筑的相关构造要求。

4 结论

本项目为云南省首例采用隔震技术对既有建筑进行加固的工程案例,分析表明:采用隔震技术后水平地震作用显著降低,达到降低水平地震作用的目的,上部结构可按7度设防进行加固处理;设防地震作用下隔震层消耗了约75%的输入地震动能量,上部结构楼层层间位移角最大值为1/582, 上部结构构件仍然处于弹性阶段,可达到性能化设计中性能水准1“中震不坏”的标准,罕遇地震作用下隔震支座最大位移、短期极大面压及短期极小面压均满足规范要求;对隔震加固施工流程进行概述,并对顶升与托换关键施工环节进行详细阐述,针对本项目特点提出了包钢托梁托换方法,为既有建筑隔震加固的实施提供经验与参考,同时对隔震加固地方标准、行业标准乃至国家标准的制定与编写提供必要的数据与实践支撑

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