第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 保山市人民医院高层住院楼消能减震分析与设计 湛华，高勇 （云南省设计院集团，昆明650228） 摘要本文通过保山市人民医院高层住院楼消能减震设计，对隔震与减震设计方案进行了比选，并介绍了设置 耗能墙的减震设计方法.
计算分析结果表明，设置耗能墙可以有效地在小震作用下为结构提供刚度并在大震作用 下消耗地震输入的能量，大大提高了结构的安全储备，具有良好的经济效益.
关键词消能减震设计，耗能墙消能部件，结构动力弹塑性分析 1工程概况 保山市人民医院住院楼地下2层，地上15层，总高度在58.8m，总建筑面积61401m.
上部结构形式 为框架抗震墙结构，如图1所示.
保山地区抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第三组，抗震设计基本 加速度0.2g，场地土类别II类，场地特征周期0.45s，建筑抗震设防分类为乙类，结构安全等级一级， 结构的设计使用年限为50年.
根据《建筑工程抗震设防分类标准》，本工程应按高于本地区抗震设防烈度 一度的要求加强结构的抗震措施，同时，应按本地区抗震设防烈度确定结构的地震作用.
500 28 5.300 田 量的由 3 2 42.7 4 6050 由 8 田 田 由 田 田 日 133 B 由 s 0 日田田田田日田田 -$ ±0 图1住院楼立面图 作者摘介：湛华（1976年11月），男，硕士，高级工程师
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 2消能减震设计与隔震设计方案比选 本工程属乙类建筑，对抗震安全性和使用功能有较高要求，故需采用消能减震或隔震设计.
首先采 用隔震设计方案分析，本工程选取了2条人工模拟加速度时程曲线和5条实际强震记录进行结构时程分析， 通过输入7条地震波，得出隔震前后楼层剪力和楼层倾覆力矩的平均比值最大值（即水平向减震系数β） 为0.373，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第12.2.5条，确定考虑隔震后水平地震影响系数 最大值a=βa/=0.0746，综合考虑取值为0.08.
因本工程建筑使用功能要求，不能设置抗震缝， 长宽比为6.78，如图3所示，已经超过了《高层建筑混凝土结构设计规范》（JGJ3-2010）第3.4.3条5.0 的限值.
因此，考虑隔震影响后，Y方向的最大层间位移与平均层间位移比为1.52《抗规》要求的1.2 的限值，为抵抗地震时由于结构两端地震波输入有位相差而产生的扭转不规则振动，即（同时）满足结构 位移比及周期比的要求，须将抗震墙向两端多布置，而且抗震墙长度较长，最大长度达到8.58m，才能满 足位移比的要求.
但是在这些抗震墙的底部则出现了较大的拉应力，大大超过了隔震橡胶支座所能承受的 1MPa的拉应力，隔震橡胶支座基本无法布置.
而消能减震设计则是在上部结构设置耗能墙，小震下只提供 侧向刚度，不耗能起到支撑作用，大震下阻尼器进入屈服耗能，大幅提高抗震能力，以及在罕遇地震下抗 倒塌性能发挥消能作用，故本工程选用消能减震设计方案.
同时，消能减震设计也具有以下优点：1）减 震技术的消能墙可以结合建筑功能布置，不影响建筑使用：2）减震技术较隔震在项目中更易于调整结构 整体抗侧刚度、扭转不规则等不利情况：3）减震技术避免了因增加隔震层面导致的设备管线、电梯、楼 梯等特殊处理的要求：4）目前大部分地区对于隔震层需要单独计算建筑面积，为此，采用了减震相当于 增加了一层使用面积：5）减震技术易于维护，对于防火、防腐等具有明显优势：6）减震技术平时无需特 殊维护或保养，不承担竖向荷载，即使特殊情况下遭到破坏不会影响结构整体安全.
3消能减震设计 本工程结构体系为框架抗震 墙，结合这一特点，消能减震构件 采用剪切型金属阻尼器，其具有提 高结构刚度，减小变形，减小构件 截面尺寸和配筋，解决结构扭转问 题，提高结构抗倒塌能力等功能.
剪切型金属阻尼器通过混凝土抗剪 混凝土墙 墙与主体结构连接形成延性消能剪 力墙如图2所示，采用该种方式既 能保证结构受力，同时便于施工， 其中阻尼器与梁、混凝土可采用螺 栓及焊接两种方式连接，采用螺栓 2400 连接便于后期更换（如大地震后更 图2延性剪力境构造图 换），其不利之处在于施工时预埋套 筒与钢筋施工穿插较复杂，也可采用焊接方式连接快捷高效，便于施工，但不利于后期更换.
为更好地发 挥消能作用，延性消能剪力墙应布置在结构变形较大的部分，可在不影响建筑使用功能的前提下在适当位
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 置设置，本工程在X向、Y向分别布置延性消能剪力墙且上下层连续如图3所示.
1~3层平面图 415层平面图 图3结构平面布置图 4计算分析 4.1小震下结构分析 为保证计算分析的可靠性，本工程采用了PKPM和ETABS两种计算软件进行计算分析.
用PKPM计算 软件分析时，在保证结构整体刚度及动力特性前提下，采用等效墙方式对消能墙进行模拟，即用一片两端 与框架柱脱开的混凝土墙体模拟消能墙的抗侧刚度，通过对消能墙与混凝土墙体刚度等效来模拟耗能墙在 主体结构中的刚度作用，如图4所示.
用ETABS计算软件分析时，利用WEN模型单元，直接得出消能墙非线性力一变形关系，从而得出消 能墙的承载力和刚度，并参与整体结构计算分析.
两软件计算结果十分接近，最大层间位移角输出结果 SATVE：X向最大层间位移角为1/898（6层：Y向最大层间位移角为1/929（10层）：ETABS：X向最大层间 位移角为1/831（7层：Y向最大层间位移角为1/967（11层）.
底层剪力及剪重比输出结果SATWE：X向 剪力39949.64kN，剪重比5.64%，Y向剪力40273.15kN，剪重比5.69%：ETABS：X向剪力40235.2kN，剪
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 重比5.80%，Y向剪力42980.1kN，剪重比6.20%.
，均能满足《抗规》的要求.
图4消能墙与混凝土墙体刚度等效示意图 4.2小震下消能减震与非消能减震计算分析对比 表1（小震下非减震与减震结构分析对比表） X向最大层间 Y向最大层 x向最大 Y向最大 基底剪力 基底剪力 指 位移角 间位移角 位移比 位移比 V. （KN） V （KN） 非减震 1/771 1/899 1. 12 1.21 36180 39671 减震 1/896 1/902 1. 13 1. 23 40496 40570 从表1可以看出，在小震作用，设置消能墙与不设置相比，各项指标较为接近，说明在小震作用下， 消能墙仅起到给结构提供刚度的作用.
4.3大震下结构动力弹塑性分析 4.3.1地震波选用 本次计算采用21条地震动，即两条天然地震动记录和一条人工拟合地震动记录输入法（即X、Y方 向依次作为主次方向）作为动力弹塑性分析的输入，如图5所示，其中主次方向输入峰值比为1：0.85， 同时根据规范，主方向波峰值取为310gal（大震）.
0. 5 0. 5 ACC 950-81201 8" 1.0218-245 T(s) 0.5 0. 5 4.3.2结构最大层间位移角分析 L0386180 X向最大层间位移角为在天然波二作用 L0386270 下七层1/127.Y向最大层间位移角在天然波二 作用下在十二层1111，两方向最大楼层位移 角均满足规范限值不大于1/100限值要求，各 T (s) 类地震波下的位移响应，如图6所示.
0.5 图5输入地震波波形及谱分析
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 18 18 16 ACC-x 16 ACC-Y TRB1X TR81Y TRB2X TR82Y 14 GB50011-2010 14 G850011-2010 12 12 10 楼层 10 0.005 0.01 0.015 0.005 0.01 0.015 x向最大层间位移角 Y向最大层同位移角 图6 4.3.3结构底部剪力及剪重比 表2（罕遇地震时程分析底部剪力对比表） 地震波输入 x向 地震波输入 Y向 Vx (kN) 剪重比 Yy (kN) 剪重比 X向第一条天然波主向 298074. 7 0. 33 Y向第一条天然波主向 383467. 37 0. 42 X向第二条天然波主向 309839. 57 0.34 Y向第二条天然波主向 315591. 6 0.35 X向人工波主向 182475. 5 0.20 Y向人工波主向 167008. 14 0. 18 图7分别给出了X和Y方向地震波输入下各层结构的层剪力及倾覆弯矩的分布示意图.
18 18 天然波1X主间 天然波1Y主间 16 天然波2X主间 16 天然波2Y主间 14 人工波x主向 14 人工波Y主向 12 12 楼层 10 楼层 100000200000300000400000 200000 400000 600000 x Y向层药力(kN)
