全尺寸非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)
 
 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（Nonstructural component）主要是指長(zhǎng)久性的建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和支承于建筑結(jié)構(gòu)的建筑附屬機(jī)電設(shè)備。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的造價(jià)通常占建筑總投資的80%。四川汶川地震、臺(tái)灣集集地震都暴露了非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的易損性，及其破壞帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)損失和危及生命**。
 
 相比結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震和建筑結(jié)構(gòu)減隔震研究所取得的矚目成果，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震問(wèn)題的研究卻較少，而且研究主要集中在非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震計(jì)算方法的簡(jiǎn)化及抗震構(gòu)造措施這兩個(gè)方面，對(duì)于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力行為和破壞形態(tài)仍需深入的試驗(yàn)研究和理論分析。因此，通過(guò)一個(gè)全尺寸構(gòu)件的綜合測(cè)試來(lái)觀測(cè)地震中各類非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的反應(yīng)，對(duì)完善試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)范條文驗(yàn)證和編制都顯得非常重要。
 
 本文將介紹多方科研機(jī)構(gòu)和建筑前沿企業(yè)參與的一個(gè)研究項(xiàng)目：加州大學(xué)圣地亞哥地震模擬振動(dòng)臺(tái)的測(cè)試。分別研究置于阻尼橡膠隔震器上及基底固定（去除隔振器后）測(cè)試樓的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件受震性能，并輔以計(jì)算機(jī)仿真分析[1-2]。
 
 1 試驗(yàn)概況
 
 此研究項(xiàng)目于2012年在美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校進(jìn)行，由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助，與其他多家建筑行業(yè)知名企業(yè)合作完成，共耗資500萬(wàn)美金，耗時(shí)3年。研究包括安裝全尺寸非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能和震后火災(zāi)測(cè)試，涉及的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括客用電梯、樓梯、外墻、內(nèi)部隔斷墻、管道、暖通空調(diào)、吊頂、噴淋和主被動(dòng)防火系統(tǒng)。
 
 1.1 被測(cè)試樓層結(jié)構(gòu)
 圖1是被測(cè)試樓，一棟室外全尺寸五層建筑，長(zhǎng)11米，寬6.6米，其主結(jié)構(gòu)框架是現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，每層框架體系采用材料不同但抗彎能力相同的橫梁，設(shè)計(jì)尺寸見圖2。一、二層采用高強(qiáng)鋼筋混凝土框架，三層為組合材料框架，四層為柔性框架，頂層為混凝土框架。
 
 圖1 現(xiàn)場(chǎng)全尺寸測(cè)試建筑
 
 圖2 立面設(shè)計(jì)尺寸
 
 1.2 振動(dòng)臺(tái)
 
 圖3是本試驗(yàn)所采用的模擬地震裝置是室外振動(dòng)臺(tái)，可提供高達(dá)4.2g的水平縱向加速度，見表1。只有這種超規(guī)模的測(cè)試平臺(tái)，才能提供不同加速度和不同頻率的沖擊效能，滿足有效模擬地震活動(dòng)的真實(shí)工況，并獲得比等效微縮模型更真實(shí)的結(jié)構(gòu)體系受震反饋。
 
 
 圖3 振動(dòng)臺(tái)實(shí)景
 
 振動(dòng)臺(tái)參數(shù)表 表1
 
 1.3 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件系統(tǒng)
 
 為使研究更富有代表性，涵蓋盡可能多的常用非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，特對(duì)每層樓進(jìn)行了不同的設(shè)計(jì)要求，圖4為不同樓層使用功能說(shuō)明示意圖：第1層是共用設(shè)施；第2層是實(shí)驗(yàn)室和家居空間；第3層是服務(wù)器電子機(jī)房，并為震后明火測(cè)試配備了完整的隔斷墻、吊頂和被動(dòng)防火設(shè)備；第4、5層是典型醫(yī)院的功能模擬—特殊護(hù)理病房、手術(shù)室；樓頂配有裝滿流動(dòng)水的大型隔震冷卻塔、空氣處理裝置、金屬骨架閣樓。此外，1至5層樓都安裝了客用電梯和預(yù)制鋼樓梯。
 為使研究更富有代表性，涵蓋盡可能多的常用非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，特對(duì)每層樓進(jìn)行了不同的設(shè)計(jì)要求，圖4為不同樓層使用功能說(shuō)明示意圖：第1層是共用設(shè)施；第2層是實(shí)驗(yàn)室和家居空間；第3層是服務(wù)器電子機(jī)房，并為震后明火測(cè)試配備了完整的隔斷墻、吊頂和被動(dòng)防火設(shè)備；第4、5層是典型醫(yī)院的功能模擬—特殊護(hù)理病房、手術(shù)室；樓頂配有裝滿流動(dòng)水的大型隔震冷卻塔、空氣處理裝置、金屬骨架閣樓。此外，1至5層樓都安裝了客用電梯和預(yù)制鋼樓梯。
 
 圖 4 樓層功能說(shuō)明
 
 測(cè)試安裝的建筑材料和設(shè)備固定安裝都力求與實(shí)際工程應(yīng)用一致。為此，本項(xiàng)目的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)和安裝得到了行業(yè)專家的指導(dǎo)，例如不同構(gòu)件固定所用的錨栓，就得到某廠家根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬中的應(yīng)力與變形分布，給出更貼合工程實(shí)際的設(shè)計(jì)與安裝指導(dǎo)。此外，該廠家還提供了抗震支吊架的安裝，為建筑機(jī)電設(shè)施的抗震性能提供了可靠的保護(hù)。圖5 是手術(shù)室設(shè)備的重力抗震綜合支架，豎向支架承擔(dān)設(shè)備自重，斜向支撐抵抗水平地震力。
 
 1.4 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
 
 本試驗(yàn)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由傳感器、GPS定位儀和攝像機(jī)組成，如圖6所示，監(jiān)測(cè)分為微觀應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)和宏觀位移值。試驗(yàn)中使用了超過(guò)600個(gè)傳感器，覆蓋每一樓層，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模擬地震過(guò)程中非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的真實(shí)受力狀態(tài)。為記錄地震測(cè)試階段樓體的位移量，試驗(yàn)使用了全球定位系統(tǒng)GPS。大樓內(nèi)重要部位安裝了近70個(gè)數(shù)碼攝像設(shè)備，實(shí)時(shí)記錄測(cè)試過(guò)程中非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的真實(shí)變化。
 
 圖 6 試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)圖
 
 2 模擬地震測(cè)試
 
 試驗(yàn)分為兩個(gè)測(cè)試階段：被測(cè)試樓置于在阻尼橡膠隔震器上-，見圖7，為隔震測(cè)試階段（Base Isolation，下文簡(jiǎn)稱BI），共進(jìn)行了7次地震動(dòng)試驗(yàn)；然后去除隔震器，基底被固定在振動(dòng)臺(tái)上-——為基底固定（Fixed Base，下文簡(jiǎn)稱FB）測(cè)試階段，共進(jìn)行了6次地震動(dòng)試驗(yàn)。
 
 根據(jù)日益提高抗震要求設(shè)計(jì)的地震動(dòng)，分別施加于建筑隔震或非隔震工況的被測(cè)試建筑。所選地震動(dòng)為加利福尼亞沿岸、阿拉斯加中部、南美俯沖帶發(fā)生的真實(shí)地震，代表不同的頻譜分布和強(qiáng)震周期和振幅。另外，為了對(duì)比結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)和性能，BI和FB測(cè)試階段輸入地震動(dòng)的順序相似——地震動(dòng)對(duì)于被測(cè)試大樓的抗震要求逐次升高——從里氏震級(jí)6.7級(jí)（代表地震動(dòng)為1994年洛杉磯北嶺地震）到7.9級(jí)（代表地震動(dòng)為阿拉斯加德納里地震）。BI階段和FB階段所輸入的地震動(dòng)如表2所示，其中50%、100%、150%指振幅的比例放縮。
 
 地震動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù) 表2
 
 未完待續(xù)，下周將繼續(xù)刊登第三部分計(jì)算機(jī)模擬以及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)的內(nèi)容。
 
 延伸閱讀：
 建筑房屋的抗震與加固重要性
 [喜利得微課]管線抗震支吊架設(shè)計(jì)布置
 [喜利得微課]自動(dòng)噴淋管道抗震支吊架系統(tǒng)