隔震结构分析设计要点论文

时间：2021-08-31

隔震结构分析设计要点论文

　　【擒耍】文章介绍了隔震结构的概念和基本原理，并对隔震层分析，上、下部结构设计、基础设计和地基处理等主要步骤及要点进行了说明。主要结合隔震分析的现状，说明膈震层布置的原则，上部结构设计要点。

　　【关键词】隔震分析;膈震建模;隔震层布置

　　引言

　　2008年以来，我国接连发生汶川、玉树、芦山等多次大地震;2011年以来，智力、日本、尼泊尔等地发生了8级以上的特大地震;近期以来更是地震不断(见表1)。。。。这些事例无一不在告诉我们，地球已经进入又一个地震活跃期。

　　作为已被证实的可有效减轻地震灾害的手段，隔震技术正在逐渐进入我国建筑领域，并随着2014年住建部颁发((住房城乡建设部关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的若干意见(暂行)》而得到越来越广泛的应用。

　　表1近期地震汇总

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　　1、隔震结构概念，原理

　　与传统抗震结构相比，隔震结构多了一个隔震层。隔震层由隔震器、阻尼器、抗风装置、限位装置等部分组成，以隔震层为分界线，隔震层以上称为上部结构，隔震层以下称为下部结构。地震之所以能引起房屋破坏，主要有两个原因：1)地面震动大量传递到建筑结构上(2)震动能量引起构件破坏。因此，减轻地震灾害也可以从两方面人手：1)削弱建筑与地面的连接，减少能量传i，2)增加耗能构件，减少常规构件消耗的地震能量。隔震结构主要是从第一个方面着手来减轻地震灾害的。设想一个悬浮在空中的建筑‘”，地面震动肯定无法对其进行破坏。假设该建筑与地面是通过弹簧连接的，此时弹簧刚度为零，完全隔绝了地震能量向建筑的传递，对于常规结构，建筑与地面接近刚性连接，地震能量可向建筑大量传递。

　　隔震结构正好处在两者之间，通过隔震垫(这个非常柔软的弹簧)来连接地面与结构，从而极大的减少地震能量的传递，使其性能无限接近于“悬浮的结构”。

　　2.分析设计现状及建模

　　若进行细分，结构设计工作可以分为两个层次：1)结构分析。目的是得到结构位移、构件内力、剪重比，位移比等基本数据，进而判断结构选型、构件布置是否合理，2)结构设计。根据规范要求进行内力调整和荷载组合，完成构件设计和施工图绘制。与此类似，结构软件也大致分为两类：1)以结构分析为主，如ETABS. MIDAS等* 2)以结构设计为主，如PKPM、YJK，广厦等。

　　广大工程师熟练掌握的是第二类软件，此类软件具有对常规构件的分析与设计功能，但无法精确模拟隔震器、阻尼器力学性能。

　　因此，隔震结构设计通常采用分部设计法：1)通过第一类软件(如ETABS. MIDAS等)建立整体模型，使各项指标满足设计要求，2)在第二类软件中(如PKPM. YJK.广厦等)完成构件设计和施工图绘制，即基于上一步得到的内力、减震系数等参数，分别对上部结构、下部结构进行建模和设计。

　　3，隔震层分析

　　与抗震结构相比，隔震结构需要进行隔震层的布置，并对隔震层参数进行校核。

　　3.1隔震层的基本布置

　　隔震层布置原则：1)隔震层的刚度中心尽量与上部结构质心重合，减少偏心影响，2)铅芯支座尽量布置在外围，尽量提高结构的抗扭能力。隔震层布置需要满足下列要求：叠层橡胶支座在重力荷载代表值作用下竖向压应力不应超过的规定

　　橡胶隔震支座压应力限值0.025<屈重比<0.035。屈重比为隔震支座的屈服荷载设计值与重力tf载代表值的比值。此限值使隔震层的屈服荷载略小于剪重比要求，保证隔震层在小震下就进入屈服，起到减轻地震作用的效果。

　　一般情况下，条件1决定了隔震支座的最小直径，条件2决定了铅芯支座的最小数量。另据文献2规定，还需要验算：1)隔震层的屈服荷载设计值不小于风荷载设计值，2)隔震层在水平应变为100%时的水平恢复力不小于隔震支座屈服荷载设计值。但这两个条件比较容易满足，一般不起控制作用。

　　3.2各项参数校核

　　隔震层布置完成后，需要校核隔震支座在罕遇地震下的最大位移、拉应力、压应力。

　　1)罕遇地震下，支座位移Lli<[Ui]

　　公式左侧为罕遇地震下各隔震支座的水平位移;右侧为隔震支座的水平位移限值，取0.55倍有效直径和3倍橡胶层厚度的较小值。

　　2)在罕遇的水平地震和竖向地震共同作用下，支座拉应力不应大于1MP。。

　　3)在罕遇的水平地震和竖向地震共同作用下，支座压应力不应大于支座的屈曲应力(需考虑有效受压面积)。当s.≥15，s：≥5且橡胶硬度不l、于40时，丙类建筑的压应力限值为15 MPa。

　　3.3hk平向减震系数和支座处的内力

　　上一节为隔震分析的所有内容，本节的任务是根据分析结果整理数据，为结构设计做准备。主要工作为：1)计算水平向减震系数(为上部结构设计做准备)，2)提取隔震支座处的内力和位移(为下部结构设计做准备)。

　　提取支座结果时要注意，隔震层位移较大，结构的P-A效应十分显著，支座位移对构件内力的影响不可忽略。

　　4.上部结构设计要点

　　上部结构设计最主要的变化是要根据水平向减震系数调整水平地震影响系数最大值，公式如下：o【m。xl=p o【m。x/qu除对地震影响系数最大值进行调整外，还有以下几点需要注意：上部结构模型应包含隔震支座以上的所有构件，包括隔震层的上支墩以及梁板系统。

　　模型下部的约束宜修改为铰接，即上支墩下端是铰接。原因是隔震垫对支墩底的转动没有约束能力。

　　对隔震结构的`抗震措施进行调整。当水平向减震系数不大于0.4时(设置阻尼器时为0.38)，可适当降低构造要求，烈度降低程度不超过1度，且与竖向地震作用相关的抗震构造措施不应降低。

　　目前的隔震器只能隔离水平向地震，对竖向地震影响没有缓解作用，因此竖向地震很可能成为设计的控制因素。9度和8度且水平向减震系数小于0.3时应考虑竖向地震作用，并规定了竖向地震作用的最小值。

　　5.下部结构设计

　　下部结构要满足嵌固刚度比、中震抗弯及大震抗剪的要求，但需要注意的是：此处的中震与大震内力是隔震结构的内力，而不是非隔震结构。对于最常见的单独设置隔震层和仅有一层地下室的情况，下部结构的设计可退化为一个个单独的悬臂柱的设计。

　　6，基础设计和地基处理

　　隔震结构的基础设计和地基处理的要求同非隔震结构相同。甲、乙类建筑的抗液化措施应提高一个液化等级确定，直至全部消除液化沉陷。

　　7.展望

　　减隔震技术作为未来的结构设计的发展趋势，其应用前景不可限量。但就目前的实施情况来看，作者认为，还可从以下几个方面进一步改善：隔震结构的构造措施还比较粗糙，仅处于能满足结构功能的初级阶段。对隔震垫的防火、建筑的防火分区、地下室的密闭性等要求还很难满足，有待进一步的研究和深化。普遍来讲，广大结构工程师对减隔震设计还比较陌生。目前普遍的操作方式为：减隔震厂家负责减隔震的分析工作，设计院完成设计工作。由于双方的利益并不一致，这种合作很可能导致结构设计不安全或不经济。

　　一种建议是，设计院对结构分析和结构设计进行专业分工。一部分人专门钻研结构分析，而另一部分专门从事结构设计和施工图设计。

　　参考文献

　　[1]党育，杜永峰，李慧.基础隔震结构设计及施工指南[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

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