左迎輝，胡崢輝

（浙江青墨工程設(shè)計(jì)有限公司，浙江 杭州310012）

1 工程概況

隨著城市建設(shè)的不斷推進(jìn)，地鐵作為高效的交通工具在越來越多的城市興建運(yùn)行，與此同時(shí)，如何提高土地利用率，發(fā)展地鐵上蓋物業(yè)也越來越成為地鐵建設(shè)的重點(diǎn)［1-2］。

本工程位于浙江省寧波市鄞州區(qū)，下部兩層為已建地鐵維修車間（0～9.5 m）和汽車停車庫（9.5～14 m）。地鐵維修車間已投入使用，地鐵上蓋平臺(tái)平面為矩形，東西方向約384 m，南北方向約182 m，以抗震縫將大底盤劃分為8個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)，分別為JGB1～JGB8。大底盤上共有13棟10層住宅，結(jié)構(gòu)總高度44.5 m，14 m以下已建成的底部兩層為框架結(jié)構(gòu)，上部新建單體采用現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011—2016）》［3］《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》［4］，框架抗震等級(jí)為二級(jí)。平面示意見圖1。

圖1 項(xiàng)目平面示意

2 結(jié)構(gòu)布置

由于項(xiàng)目的一些自身特點(diǎn)，設(shè)計(jì)存在較大難度：1）本工程在蓋下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，抗震設(shè)防烈度為6度，現(xiàn)由于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011—2016）》更新，抗震設(shè)防烈度增加到7度，于是蓋上新建住宅應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，蓋下已建成的結(jié)構(gòu)也應(yīng)按現(xiàn)行規(guī)范的要求進(jìn)行復(fù)核；2）上部單體的位置相對于原始設(shè)計(jì)有較大改變，上部結(jié)構(gòu)需要經(jīng)過兩次轉(zhuǎn)換；3）下部兩層已建成投入使用，尤其是0～9.5 m層地鐵維修車間難以進(jìn)入改造加固。

基于上述原因，需要對上部結(jié)構(gòu)采取一定的減震措施，降低結(jié)構(gòu)的地震作用，增加一定的附加阻尼比。一方面，保證小震結(jié)構(gòu)的整體指標(biāo)滿足規(guī)范的要求，避免或減少1層地鐵用房的加固量和基礎(chǔ)的負(fù)擔(dān)；另一方面，提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能，保證大震作用下結(jié)構(gòu)的整體性能指標(biāo)。

目前常用的減震技術(shù)有屈曲約束支撐，摩擦阻尼器，剪切型金屬阻尼器，粘彈性阻尼器，黏滯阻尼器。其中剪切型金屬阻尼器的原理是利用剪切板平面內(nèi)產(chǎn)生剪切變形以達(dá)到消能減震的目的，其滯回曲線穩(wěn)定，疲勞性能好，變形能力強(qiáng)，性能方面兼顧增加剛度和阻尼比。黏滯阻尼器為速度型相關(guān)阻尼器，滯回曲線飽滿，具有非常好的耗能能力，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布置的時(shí)候，一般布置在結(jié)構(gòu)響應(yīng)位移最大的位置。針對本工程的設(shè)計(jì)目標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)有減震技術(shù)的發(fā)展情況，最終選擇在9.5～14 m的車庫層設(shè)置黏滯阻尼器，上部住宅單體的山墻、分戶墻、樓梯、電梯間墻體設(shè)置金屬阻尼器。本工程采用的阻尼器參數(shù)見表1～3。

表1 X向剪切型阻尼器參數(shù)

表2 Y向剪切型阻尼器參數(shù)

表3 黏滯阻尼器參數(shù)

由于車庫層層間位移角較小，設(shè)置肘型布置，放大黏滯阻尼器的位移。見圖2。

圖2 阻尼器布置示意

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

3.1 結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)

對本工程不同類型的構(gòu)件進(jìn)行性能化設(shè)計(jì)，參考《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011—2016）》和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ 3—2010）》的相關(guān)要求，選取D級(jí)作為本樓的抗震性能目標(biāo)，具體性能目標(biāo)見表4。

表4 結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)

3.2 附加阻尼比

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011—2016）》2010版12.3.4的要求，消能部件附加給結(jié)構(gòu)的有效阻尼比可按下式估算：

式中：ξα為消能減震結(jié)構(gòu)的附加有效阻尼比；

Wcj為第j個(gè)消能部件在結(jié)構(gòu)預(yù)期層間位移Δμj下往復(fù)循環(huán)一周所消耗的能量，即滯回曲線的面積；

Ws為設(shè)置消能部件的結(jié)構(gòu)在預(yù)期位移下的總應(yīng)變能。

根據(jù)《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程（JGJ 297—2013）》［5］規(guī)定：采用時(shí)程分析時(shí)，計(jì)算消能器附加阻尼比時(shí)，消能器兩端的相對水平位移Δμcj，質(zhì)點(diǎn)i的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值Fi，質(zhì)點(diǎn)i對應(yīng)于水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的位移μi采用分析結(jié)果的包絡(luò)值。采用阻尼器后兩個(gè)方向的結(jié)構(gòu)附加阻尼比結(jié)果見表5。

表5 結(jié)構(gòu)附加阻尼比

3.3 多遇地震振型分解反應(yīng)譜分析

采用盈建科公司的YJK進(jìn)行了多遇地震的計(jì)算分析，采用CSI公司的ETABS進(jìn)行復(fù)核對比。表6給出了對比結(jié)果，計(jì)算結(jié)果基本吻合。

表6 多遇地震YJK與ETABS結(jié)果對比

表7給出了YJK軟件計(jì)算的樓層側(cè)向剛度及比值，從表中數(shù)值可以看到，轉(zhuǎn)換層（2層）上下層側(cè)向剛度比為10.4，首層由于層高較高，側(cè)向剛度比為0.76，因此軟弱層出現(xiàn)在首層，設(shè)計(jì)時(shí)對1層考慮地震剪力放大系數(shù)1.25。

表7 樓層側(cè)向剛度及比值

表8給出了YJK軟件計(jì)算的樓層受剪承載力結(jié)果，樓層受剪承載力之比均大于0.8，滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)不存在薄弱層。

表8 樓層受剪承載力比值

3.4 罕遇地震分析

采用ABAQUS進(jìn)行罕遇地震下的動(dòng)力彈塑性分析。分析采用5組天然波和2組人工地震波，多遇地震波選用1條人工波復(fù)核阻尼器的屈服情況。地震波由中國地震局工程力學(xué)研究所（哈爾濱）提供。設(shè)防地震及罕遇地震波均采用三向輸入（1∶0.85∶0.65）。

由于結(jié)構(gòu)在承受地震作用之前已經(jīng)承受了恒荷載、活荷載等作用，而且恒荷載和活荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移和內(nèi)力對地震分析過程有較大影響，因此在地震分析之前需先進(jìn)行靜力分析?？紤]到恒荷載是隨著施工過程的進(jìn)展逐步施加在結(jié)構(gòu)之上，所以首先對結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工過程模擬分析。在分析過程中結(jié)構(gòu)構(gòu)件隨著施工階段的進(jìn)行逐步被引入模型，相應(yīng)的恒荷載也同時(shí)被引入計(jì)算模型。在施工階段完成之后，再把0.5倍的活荷載施加在整體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行“附加恒＋0.5活”的荷載工況計(jì)算。在后續(xù)的地震分析中，重力荷載代表值（附加恒＋0.5活）一直作用在結(jié)構(gòu)上。

在本工程的分析中，每1個(gè)樓層采用1個(gè)施工步，剪切型阻尼器后裝作為一個(gè)施工步，上述施工步完成后，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行“附加恒＋0.5活”加載，共有14個(gè)加載步。

罕遇地震彈塑性分析中7組地震波作用下，整體結(jié)構(gòu)在X、Y兩個(gè)主方向基底剪力平均值分別為111 319 kN和98 771 kN，對應(yīng)的剪重比分別為19.6%和17.4%；上部結(jié)構(gòu)在X、Y兩個(gè)主方向基底剪力平均值分別為21 757 kN和25 473 kN，對應(yīng)的剪重比分別為17.8%和20.8%。

罕遇地震下不同地震波組對應(yīng)的結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角曲線見圖3。

圖3 不同波組對應(yīng)的層間位移角曲線

在X方向的層間位移角平均值為1／76，在4層位置；在Y方向的層間位移角平均值為1／98，在5層位置。該結(jié)構(gòu)在X、Y兩個(gè)方向最大層間位移角均滿足層間位移角≤1／50的限值要求。

結(jié)構(gòu)在1層和2層進(jìn)行了兩次轉(zhuǎn)換。在罕遇地震作用下，1層轉(zhuǎn)換梁未出現(xiàn)受壓損傷，梁內(nèi)鋼筋未進(jìn)入塑性，受力性能良好。1層轉(zhuǎn)換柱出現(xiàn)受壓損傷，最大受壓損傷系數(shù)為0.18，柱內(nèi)鋼筋進(jìn)入塑性，塑性應(yīng)變最大值為1.439e－3，屬于中度損壞，中度損壞的柱子主要位于住宅樓的正下方。2層轉(zhuǎn)換梁未出現(xiàn)受壓損傷，3根梁的鋼筋進(jìn)入塑性，塑性應(yīng)變最大值為6.169e－4，小于1倍屈服應(yīng)變，屬于輕微損壞。2層轉(zhuǎn)換柱出現(xiàn)受壓損傷，最大受壓損傷系數(shù)小于0.1，僅1根柱內(nèi)鋼筋進(jìn)入塑性，塑性應(yīng)變最大值為9.943e－5，屬于輕度損壞。上部塔樓除與阻尼器連接的框架梁柱外，框架梁出現(xiàn)受壓損傷，最大受壓損傷系數(shù)為0.2，梁內(nèi)鋼筋進(jìn)入塑性，塑性應(yīng)變最大值為3.175e－3，屬于中度損壞?？蚣苤霈F(xiàn)受壓損傷，最大受壓損傷系數(shù)小于0.1，柱內(nèi)鋼筋進(jìn)入塑性，塑性應(yīng)變最大值為1.831e－3，屬于輕度損壞。

在罕遇地震作用下，與剪切型阻尼器相連的框架梁未出現(xiàn)受壓損傷，梁內(nèi)鋼筋未進(jìn)入塑性，受力性能良好。2層結(jié)構(gòu)中僅2根與黏滯阻尼器相連的框架柱出現(xiàn)受壓損傷，最大受壓損傷系數(shù)小于0.1，柱內(nèi)鋼筋未進(jìn)入塑性，屬于輕度損傷；其余柱未進(jìn)入塑性，性能良好。

在罕遇地震作用下，剪切型阻尼器全部進(jìn)入屈服，產(chǎn)生良好的耗能效果。

4 結(jié) 語

本文闡述了某地鐵上蓋物業(yè)工程使用阻尼器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析，得出以下結(jié)論：1）小震分析結(jié)構(gòu)附加阻尼比X向?yàn)?.2%，Y向?yàn)?.14%。2）小震作用下黏滯阻尼器和底部樓層的剪切型阻尼器進(jìn)入耗能狀態(tài)，中震和大震下所有阻尼器均進(jìn)入耗能狀態(tài)。通過阻尼器耗能，消耗了地震能量，降低了地震力，并有效保護(hù)框架構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)減震的目的。3）采用減震技術(shù)后，小震、大震作用下，結(jié)構(gòu)的層間位移角均能滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件能滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的性能目標(biāo)。

本文通過以上分析，論述了阻尼器在地鐵上蓋物業(yè)工程中的應(yīng)用，可以為類似工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。