筑医台科技有限公司

      文/ 伊超   山东省建筑设计研究院第六分院

医院建筑属于重点设防类建筑，在进行建设时，会按照设防烈度高一度来采取抗震措施，确定抗震等级，有的地方甚至会通过提高地震作用来进行计算和设计。为保证建筑结构安全，通常会采用两种方法 ：一种方法是“抗”，即加大构件截面来提高结构抗震承载力，然而加大截面会导致结构刚度增加，结构所承受的地震力也会增大，如果持续加大截面，最终会导致造价的增加，甚至会影响建筑功能的使用 ；另一种方法是“放”，即通过附加消能减震装置来提高结构阻尼比，减小结构承受的地震作用，减轻主体结构的损伤。

消能器的分类
根据消能器耗能原理的不同，可分为速度相关型消能器和位移相关型消能器两大类。速度相关型消能器由黏滞或黏弹性材料组成，在地震往复作用下利用其黏滞和黏弹性材料的特性来耗散地震能量，其耗散地震的能量与消能器变形的速度有关。而位移相关型消能器则通常由塑性变形性能好的材料组成，在地震往复作用下通过其良好的塑性滞回耗能力来耗散地震能量，其耗散地震的能量与消能器变形量相关。

山东临沂某医院门诊楼抗震设计
山东临沂某医院门诊楼抗震设防烈度为8 度（0.3g），地下 1 层，地上 4 层，结构高度 19.1m，结构体系为框架结构。为实现结构设计安全、合理、经济的目标，切实提高建筑的抗震性能，该项目采用了双阶屈服屈曲约束支撑的消能减震方案 ：支撑均匀布置于结构 1-3 层的 X、Y 两个主方向上，在平面上均匀分散，并布置在结构的主要楼层中，满足规范对支撑布置的要求，X 向 48 根，Y向 48 根，共计 96 根双阶屈服屈曲约束支撑。

YJK 三维结构模型

双阶屈服屈曲约束支撑平面布置图 1~3 层
小震弹性时程分析  本分析选取三条波进行弹塑性时程分析，其中 T1（TH014TG040_CHI-CHI TAIWAN-03 9-20-1999 CHY025）和 T2（TH041TG040_CHUETSU-OKI 7-16-2007 SHIURA NAGAOKA）为 天 然 波，R1（RH4TG040）为人工波，分析时间均取前30s。其弹性时程分析结果与 YJK 振型分解反应谱分析结果对比如表 1 所示，比例为各个时程分析与振型分解反应谱法得到的结构基底剪力之比，从分析结果可看出，三条时程曲线计算得到的结构基底剪力均不小于振型分解反应谱法计算结果的 65%，且三条时程曲线计算得到的结构基底剪力的平均值不小于振型分解反应谱法计算结果的 80%，所选取的地震波满足规范要求。
在 ETABS（房屋建筑结构分析与设计软件）中，采用弹性时程分析，结构的位移详见表 2，结构的剪力详见表 3。
通过表中计算结果对比发现，无减震结构下的最大位移 X 方向为1/660,Y 方向为 1/601, 有减震结构下的最大位移 X 方向为 1/833,Y 方向为 1/786，最大位移分别减小了 21% 和 25%，即使在相同地震波下，各个楼层的位移也能减小 15% ～ 20%，位移减小效果明显。
通过表中计算结果对比发现，X 和 Y 方向基底剪力分别减小了 10% 和 10.1% ；在相同地震波下，各个楼层的地震剪力减小7% ～ 8%，对减小地震剪力有一定作用。

山东菏泽某医院住院楼抗震设计
山东菏泽某医院住院楼抗震设防烈度为 8 度（0.2g），地下一层，地上 9 层，结构高度 41m，结构体系为框架 - 剪力墙结构，项目采用黏滞阻尼器消能减震方案。

3～9层平面布置图
小震弹性时程分析  本分析选取三条波进行弹塑性时程分析，其中 T1（Loma Prieta_NO_733）和 T2（Morgan Hill_NO_450）为天然波，R1（ArtWave-RH4TG055）为人工波，三条时程曲线计算得到的结构基底剪力均不小于振型分解反应谱法计算结果的 65%，且三条时程曲线计算得到的结构基底剪力的平均值不小于振型分解反应谱法计算结果的 80%，满足规范要求。
在 ETABS 分析中，弹性时程分析采用软件所提供的快速非线性分析（FNA）方法，即只考虑阻尼器的非线性、结构本身假设为线性。由表 4 可知，小震下减震结构最大层间位移角 X 向1/1498，Y 向为 1/1417，比无阻尼器结构的最大层间位移角分别减小了 12% 和 10.5%。即使在相同地震波下，各个楼层的位移也能减小 5% ～ 10%，对减小位移有一定作用。小震下减震结构最大剪力 X 向为 12915，Y 向为 16750，比无阻尼器结构的最大剪力分别减小了 10.6% 和 8.9%，对减小基底剪力有一定作用。
结合山东地区上述两个医院工程，并采用 ETABS 有限元软件的对比分析得出如下结论 ：
①由于黏滞消能器的结构刚度较小，在结构模拟时仅仅附加阻尼，不需要附加刚度 ；但屈曲
支撑不仅要附加阻尼还要输入其刚度参数。
②消能器一般布置在结构变形较大的位置或者将某些非承重构件设计成消能构件，但在实际
工程中还要综合建筑功能要求进行布置。
③采用屈曲约束支撑的结构，既会增加结构阻尼面也会增加结构刚度，因此对减小位移效果
明显，对减小地震剪力有一定作用。
④采用黏滞阻尼器的结构只提供附加阻尼，对减小基底剪力和结构位移有一定作用。