某幼儿园消能减震方案弹性计算分析

1、消能减震结构方案某幼儿园消能减震方案弹性计算分析1、工程概况1.1工程概况（一）用地概况根据建设单位提供的规划总平面图等资料，该项目位于昆明市。本地块规划用地性质均为二类居住用地，净用地面积78325.49平方米，容积率不低于2.8,建筑限高80米，地上计容总建筑面积不低于 219311.37平方米（其中配建教育设施地上建筑面积约4680平方米），预计地下室为局部两层。幼儿园为钢筋混凝土框架结构形式，地上三层，一层层高为 5.000米, 二层3.600米，三层层高3.600米。幼儿园建筑面积3565.87 m2,建筑高度 11.700m,建筑正负零白绝对标高为 1891.500。（二）建筑结构

2、的设计使用年限和安全等级：结构的安全等级一级设计使用年限50年抗震设防类别乙类（三）自然条件:风雪荷载：基本风压地面粗糙度基本雪压W0=0.30kN/m2CS0=0.3kN/m2基本风压为50年重现期风压值。抗震设防的有关参数：第1页共17页消能减震结构方案抗震设防烈度设计基本地震加速度设计地震分组建筑场地类别8度0.20g第三组田类场地1.2建筑结构超限分析根据中华人民共和国住房和城乡建设部建质2010109号文超限高 层建筑工程抗震设防专项审查技术要点的通知及云建震2004953号文云 南省建筑工程抗震设防专项审查管理办法的通知。以下工程应作抗震设 防专项审查：1、超出国家现行抗震设计规范

3、（标准）所规定的高度、层数、体型规 则性和其它强制性条文规定的超限高层建筑工程；2、采用现行建筑抗震设计规范规定以外的结构体系（结构型式）、采用隔震、减震等新技术或新材料的高层建筑工程；3、根据建筑工程抗震设防分类标准抗震设防类别划分为甲、乙类 的建筑工程；4、做过设计地震动参数复核的高层建筑工程；5、云南省地震灾区恢复建设工程管理规定（云政办发200327号） 规定需要进行抗震设防专项审查的其它建筑工程。本工程符合上述第3条规定，采用消能减震技术设计。幼儿园框架部分高度11.400m。结论：根据国家现行抗震设计规范和上述规定检查，本工程无高度超 限。建筑结构一般规则性超限检查第2页共17页消

4、能减震结构方案项目超限类别超限判断备注扭转/、规则考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2有同时后二 项及三项 以上不规 则的高层 建筑定为 超限。本 项目此类 检查一项 超限偏心位置偏心距大于0.15或相邻层质心相差较大无凹凸不规则平面凹凸尺寸大于相应边长的30%有组合平闻细腰形或角部重叠形无楼板不连续有效宽度小于50%,开洞面积大于30% 错层大于梁高无刚度突艾相邻层刚度变化大于70%或连续三层变化大于80%无尺寸突艾缩进大于25%,外挑大于10%?口 4米无构件间断上下墙、柱、支撑不连续，含加强层无承载力突艾相邻层受剪承载力变化大于80%无结论：根据国家现行抗震设计规范和上述规定检查，同时有三

5、项及三 项以上不规则的建筑定为超限。本工程不超限。建筑结构特别不规则性超限检查项目超限类别超限判断备注扭转偏大不含裙房的楼层扭转位移比大1.5无具有某一项 不规则的高 层以建巩为 超限。本项目 此类检查无 超限扭转刚度弱扭转周期比大于0.9无层刚度偏小本层侧向刚度小于相邻上层的50%无局位转换框支转换构件位置：7度超过5层，8度超过3 层无厚板转换79度设防的厚板转换结构无塔楼偏置单塔或多塔与大底盘的质心偏心距大于底盘相 应边长的20%无复杂连接各部分楼层、刚度、布置/、同的错层或连体结构无多重复杂结构同时具有转换层、加强层、错层、连体和多 塔类型的2种以上无结论：根据国家现行抗震设计规范和上

6、述规定检查，本工程不超限第3页共17页消能减震结构方案2、消能减震方案弹性计算分析为确保本工程抗震设计的合理、安全可靠，抗震计算采用了多种软件、 模型进行整体分析。 计算软件选用了北京盈建科软件股份有限公司开发的 YJK （1.7版）、韩国浦项制铁集团开发的 MIDAS GEN 2014分别进行整体 结构的反应谱分析、弹性时程分析和弹塑性时程分析。表6.1结构计算模型及计算内容计算程序主要计算内容YJK反应谱分析MIDAS GEN反应谱分析（补充复核）多遇地震弹性时程 分析罕遇地震动力弹塑 性分析计算参数多遇地震作用（规范反应谱）的 CQC组合，计算振型数取9个。根据建筑抗震设计规范（GB50

7、011-2010）第5.1.1条。表6.2计算分析的主要参数取值建筑抗震设防类别乙类建筑结构安全等级一级结构重要性系数1.1抗震设防烈度8度0.2g第三组结构设计使用年限50年地展修响系数取大值小震0.16第4页共17页消能减震结构方案建筑场地类别田类场地特征周期0.65s结构总阻尼比8.0% （附加阻尼比3.0%）抗震等级一级周期折减系数0.7活砂载不利分布考虑5%偶然偏心考虑双向地震作用考虑小震反应谱分析计算中对于本工程按照建筑抗震设计规范12.3.3条第一款的规定进行计算分析，采用YJK软件进行整体结构的小震反应谱分析。抗规规定：当主体结构基本处于弹性工作阶段时，可采用线性分析方法作简化

8、估算；消能减震结构的总刚度应为结构刚度和消能部件有效刚度的总和；消能减震结构的总阻尼比应为结构阻尼比和消能部件附加给结构的有效阻尼比的总和。YJK利用线性等代原理对于墙式剪切型金属抗震阻尼器，最终阻尼器设计时需确保两段连接墙与剪切型阻尼器的三个构件的机构有效刚度与YJK模型中的等代框架柱的刚度是相等的。对于消能部件提供的有效刚度和附加阻尼比，采用规范规定的小震时程第5页共17页消能减震结构方案方法计算，取7条地震波结果的平均值，代入反应谱模型中，具体计算方法及数据见6.3节及相应附件。结构三维计算模型按照上节所述原则分别采用 YJK和MIDAS建立结构的三维计算模型,模型简图如图 6.1所示，

9、图中红色位置为抗震阻尼器等代构件的位置(a) YJK模型(b) Midas/gen 模型图6.1结构三维计算模型简图第6页共17页消能减震结构方案结构整体计算(1)结构总质量结构总质量基本一致。表6.3结构总质量对比(单位：吨)YJK(t)MIDAS(t)差伯：()449346072.5(2)结构周期结构前三个周期及平动扭转情况的计算结果如下表所示，两个软件计 算结果基本一致：表6.4结构周期对比振 型YJKMIDAS GEN周期(s)平动系数 (X+Y)扭转系 数周期(s)X向平动系 数Y向平动系 数扭转系 数10.55070.97(0.64+0.34)0.030.5349297.80.22

10、0.54630.99(0.33+0.66)0.010.522393.52.14.430.47580.04(0.04+0.00)0.960.45524.7095.3(3)结构位移两软件计算结果接近，小震时结构主要楼层最大位移角如下表，且均 满足建筑抗震设计规范(GB50011-2010)第5.5.1条规定的框架结构最大 位移角1/550的限值并有10%以上的余量，体现了消能减震结构的优势。表6.5结构位移对比层号YJKMIDASXYXY31/ 9591/10621/11331/1122第7页共17页消能减震结构方案21/ 9141/ 9121/8751/91211/ 8401/10321/964

11、1/1100(4)剪力和剪重比下表为YJK和MIDAS计算出的结构各层在小震下的楼层剪力和剪重 比，计算结果十分接近，都满足建筑抗震设计规范(GB50011-2010)第5.2.5条的规定。表6.6结构地震力对比层号YJKMIDAS楼层剪力(kN)男重比楼层剪力(kN)男重比X向Y向X向Y向X向Y向X向Y向32426.412487.7218.40%18.87%2351.12418.818.41%18.94%24362.044403.2114.28%14.41%4352.04420.214.18%14.40%15388.365365.8011.99%11.94%5349.95357.211.83

12、%11.85%(5)楼层承载力下表为YJK计算出的结构各层楼层承载力比，根据 抗规” 3.4.3勺规定,抗侧力结构的层间受剪承载力均大于相邻上一楼层的80%,无薄弱层。表6.7结构楼层抗剪承载力对比层号X向楼层承载力(kN/m)本层与一层承 载力之比 (大于80%)Y向楼层承载力(kN/m)本层与 层承载力之 比(大于80%)34.4175E+0031.004.5607E+0031.0021.2952E+0042.931.3817E+0043.0311.2137E+0040.941.3712E+0040.99(6)刚度分布及刚度比下表为YJK计算出的结构各层刚度分布及刚度比，根据 抗规” 3.

13、4.3勺第8页共17页消能减震结构方案规定，抗侧力结构的层间受剪承载力均大于相邻上一楼层的80%,该结构单元侧向刚度无不规则现象，无软弱层。表6.8结构楼层楼层刚度对比层号刚度(kN/m)本层与层70%或 上三层均值80%比值 的较小值X向Y向X向Y向34.7819E+0054.7269E+0051.00001.000021.2137E+0061.1230E+0063.62593.393811.0182E+0061.1137E+0061.19841.4168(7)阻尼器参数根据刚度等效原则确定阻尼器与连接段的串联刚度，并选定阻尼器的屈 服力、屈服位移以及与阻尼器连接构件的尺寸，如下表 6.9所

14、示:表6.9墙式阻尼器参数及连接构件尺寸阻尼器编号屈服位移(mm)屈服力(kN)连接墙厚度(mm)连接墙长度(mm)KYMD-B-1-Kx11122.03502001800KYMD-B-1-Dx11122.03502001800KYMD-B-1-Cx682.03502001800KYMD-B-1-Ax6-82.03502001800KYMD-B-1-Ax10122.03502001800KYMD-B-2-Kx11121.22502001500KYMD-B-2-Dx11121.22502001500KYMD-B-2-Cx681.22502001500KYMD-B-2-Ax681.22502001

15、500KYMD-B-2-Ax10121.22502001500KYMD-B-3-Kx11121.52502001800KYMD-B-3-Dx11121.52502001800第9页共17页消能减震结构方案KYMD-B-3-Ax6-81.52502001800KYMD-B-3-Ax10121.52502001800KYMD-B-1-9xJK2.03502001800KYMD-B-1-11xDJ2.03502001800KYMD-B-1-2xA-B2.03502001800KYMD-B-1-8xA-B2.03502001800KYMD-B-1-12xA-B2.03502001800KYMD-B-2

16、-9xJ-K1.22502001500KYMD-B-2-2xA-B1.22502001500KYMD-B-2-8xA-B1.22502001500KYMD-B-2-12xA-B1.22502001500KYMD-B-3-9xJ-K1.52502001800KYMD-B-3-2xA-B1.52502001800KYMD-B-3-8xA-B1.52502001800KYMD-B-3-12xA-B1.52502001800(8)阻尼力与层间剪力的比值消能器的最大阻尼力在水平方向上分量之和与楼层层间屈服剪力的比 值见下表，均为超过规范60%的限值，满足规范要求：表6.10阻尼器极限出力之和楼层屈服剪力

17、的比值楼层方向楼层屈服剪力(kN)阻尼器极限出力之和(kN)比值一层X12137241519.9%6%二层X12952185014.3%7%二层X4418148033.5%Y4561148032.4%1.3.小震时程分析第10页共17页消能减震结构方案地震波的选取小震时程分析采用MIDAS/GEN2014进行，选取五条天然地震波和二条 人工地震波时程，地震波的选取符合III类场地及场地特征周期0.65秒的要 求，地震波的时程及影响系数曲线如下图 6.16.3所示，地震波对应的地震 影响系数曲线均与规范规定的场地的反应谱接近，选取的七条地震波时

18、程 的地震影响系数曲线的平均值与反应谱法所用的地震影响系数曲线在结构 前三个周期点上的差距均不大于 20%的要求，各条地震波的持续时间也符 合规范，说明所选地震波各项特征均满足规范要求，可用于本工程的时程 分析。(智5 )妈照后(智5 )妈照后(a)人工波1qK自弱蟠石人工波2T/s4050qK自弱蟠石人工波2T/s4050(b)人工波2图6.1人工波时程曲线第11页共17页消能减震结构方案o O 7 5O o O 7 5O 3(a) usa00152(a) usa00152波时程曲线IsnOOlGOIsnOOlGO(b) usa00160(b) usa00160波时程曲线图6.2天然波时程曲

19、线-规 范 谱 r 1 I 2 -规 范 谱 r 1 I 2 T 3一-平 均 谱- 我- 4% -5% 2. 03. 04. 05. Q 6. Q图6.3规范谱与所选地震波谱对比图第12页共17页消能减震结构方案小震时程分析中阻尼器的模拟小震时程分析，主体结构仍处于弹性阶段，因此与一般的小震时程分析 计算并无差别，消能减震结构与普通结构的差别主要体现在本工程中使用 的阻尼器将进入弹塑性工作状态而屈服耗能。因此对于带有小震下提供耗能的阻尼器的消能减震结构，对于阻尼器可以采用等代构件进行模拟，也可以真实的建立阻尼器的弹塑性分析模型， 为模拟阻尼器小震时的实际工作状态，更真实的反应阻尼器的工作状态

20、， 计算阻尼器的有效刚度和附加阻尼比，采用后一种方法来模拟阻尼器。下面将分析中阻尼器的模拟方法进行介绍：【剪切型阻尼器的建模处理】图6.4墙式剪切型抗震阻尼器模型墙式剪切型抗震阻尼器的几何模型如图 6,4所示，在计算模型中真实建 立，几何参数均按照实际的阻尼器参数和连接构件参数设置。【阻尼器参数设置】第13页共17页消能减震结构方案出nE-ESBWl也,Si作用领元+内力制*ilJ!否：需后吊装,出nE-ESBWl也,Si作用领元+内力制*ilJ!否：需后吊装,说前*重息近奥 。 KF耳中直融：1-91 J* 市 ：区陛月财gfi 0|5.注中时重第效：i-M TH V5I ：r Ds2U业占

21、什孙J4 口上2U2HTf.出flUE 第i层的水平地震作用标准值I 一第i层对应于水平地震作用标准值的位移附加阻尼比的计算公式:a 一 Wj/(4 二双)阻尼器有效刚度的计算:K eff - Fmax / udmanx第15页共17页消能减震结构方案小震时程分析结果多遇地震工况下地震波峰值加速度为 70cm/s2 ,各地震波的基底剪力如 下表6.11所示，结构底部剪力弹性时程分析结果均满足大于CQC的60%小于135%,且七条波计算所得的结构底部剪力的平均值满足大于CQC法求得的底部剪力的80%小于120%的要求，因此所选地震波是满足规范要求 的。表6.11基底剪力统计工况基底男力（kN）与反应谱比值XYXY反应谱53505357-人工波1538956281.011.05人工波2512553180.960.99usa00152495250650.930.95usa00160508751070.950.95usa00167527152910.990.99usa00224496653930.931.01usa0033552785