隔震结构设计方法

隔震结构设计方法隔震结构设计流程方案选定动力分析计算上部结构设计隔震层设计下部结构设计基础和地基从建筑功能、场地条件、经济性等方面，选择是否采用隔震，并初步确定隔震结构的方案。设定上部结构和隔震层参数，取计算模型，进行动力分析，验证以上方案是否满足预期的设计要求，不满足，则调整上部结构或隔震层参数，重新计算。按传统抗震的设计方法分析计算上部结构，但水平地震作用取隔震后的数值，且部分抗震构造也相应变化。隔震装置在罕遇地震下的验算，隔震装置与上下结构之间的连接分析及设计，建筑构造处理等。按传统抗震的设计方法分析计算下部结构。按传统抗震的设计方法分析计算基础及地基。第一步方案选择1.1适用范围建筑功能：可用于对抗震安全性和使用功能有较高要求或专门要求的建筑。场地条件：自振周期较小，地基土坚硬。经济型：采用隔震技术，增加了隔震支座费用、隔震构造措施费用，但减小了梁柱断面，节约了钢材和混凝土用量。根据工程经验，对于高烈度区，采用隔震技术经济性十分明显，上部结构设计方案比较合理，一般能节约3%～20%。1.2结构初步设计›上部结构设计根据降低后的水平地震影响系数计算›国外大量实践验证，隔震技术对与自振周期超过1s的高层结构同样适用，故2010版《抗规》取消了2001版结构周期小于1s的限制。隔震建筑结构体型宜规则、对称。›高层建筑一般会采用剪力墙结构、框剪结构或者框架结构，在开始定方案时，应注意结构的高宽比不宜过大，一般控制在3以内比较好，不宜超过4。对高宽比大的结构，需进行整体倾覆验算，防止支座压屈或出现拉应力超过1MPa。高宽比超过4，需要做超限审查。›采用隔震技术，上部结构剪重比依然要满足本地区设防烈度的最小剪重比要求。›建筑场地宜为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，并应选用稳定性较好的基础类型。1.3隔震层方案›隔震层层高：对于没有地下室的建筑，需要增加一层作为隔震层，这一层层高不宜太高，一般梁底到地面的净高不应小于600mm，建议不小于800mm。这一要求主要是为了便于日后的隔震层维护和检修。›隔震层位置：基础隔震，隔震层位于地下室顶部或单独设置隔震层；柱顶隔震，隔震层布置在一层柱顶；层间隔震›特殊结构如大底盘多塔结构，其柱距较大，为不影响大底盘层的使用功能，可在上部结构与大底盘层之间，专门设置层高1.5m～2.0m的隔震层。采用隔震技术，上部结构剪重比依然要满足本地区设防烈度的最小剪重比要求。基底隔震首层隔震层间隔震1.3隔震层方案›隔震层设置在有耐火要求的使用空间中时，隔震支座和其他部件应根据使用空间的耐火等级采取相应的防火措施。›隔震层所形成的缝隙可根据使用功能要求，采用柔性材料封堵、填塞。›隔震层宜留有便于观测和更换隔震支座的空间。第二步动力分析及计算2.1动力分析及计算原结构隔震结构减震系数罕遇地震结构验算隔震构造及连接满足地震动隔震层大于假设值远小于假设值满足布置隔震层，形成隔震结构时程分析，得到水平减震系数支座轴力、剪力、变形验算连接细部设计假设一个减震系数进行上部结构设计隔震分析报告形成分析报告，供其他部分设计参考不满足2.2布置隔震层›先按上部荷载大小选择隔震支座直径和型号；再按型号选择水平向参数，进行动力分析，验证是否满足减震目标。›隔震支座的承载力与建筑重要性分类有关。›上部荷载类型和大小要考虑减震系数，建筑物高宽比。方法：要求：竖向能承担上部的荷载；水平向达到减震目标2.3输入地震波›地震波对动力时程分析的结果影响很大。›地震波至少选择地震波至少选择2条天然波，1条人工波。›具体波形没有强制要求，但建议按通则的具体波形没有强制要求，但建议按通则的。›地震波的加速度峰值应按抗震设防烈度对应的峰值调整。›当处于发震断层10km以内时，输入地震波应考虑近场影响系数，5km以内取1.5，5km以外取1.25。2.4动力分析模型›隔震结构比较规则，框架或砖混结构，可采用层剪切模型，隔震层采用等效线性模型。›隔震模型是在不隔震模型上，增加一个质点。不隔震模型取的是假设隔震后的结构尺寸。›除隔震层外的上部各层质量可用PKPM的结果，对框架结构，上部结构各层刚度可用软件求得，即D值法，上部结构阻尼比钢筋混凝土结构取0.050.05›隔震层质量是一层的柱，墙的一半加隔震层顶部楼板；隔震层刚度和阻尼比分别取：隔震结构计算简图2.5水平向减震系数›水平向减震系数应根据结构隔震与非隔震两种情况下各层水平向层间剪力的最大比值，按表层间剪力的最大比值，按表1确定（抗震规范确定（抗震规范12.2.5，1款）。›结构的层间剪力代表了水平地震作用的取值和分布，用隔震时结构的层间剪力与不隔震时结构的层间剪力进行比较，就可以定量说明隔震后上部结构水平地震作用降低的情况。表1层间剪力最大比值与水平向减震系数的对应关系层间剪力最大比值0.530.350.260.18水平向减震系数0.750.500.380.252.6隔震后的水平地震影响系数最大值›我国采用水平减震系数的概念来反映隔震后隔震层以上结构水平地震作用降低这一概念，切规定：隔震结构水平作用沿高度采用矩形分布，水平向地震影响系数最大值采用非隔震结构水平地震影响系数最大值与水平向减震系数的乘机。即：𝛼max1=𝛽𝛼𝑚𝑎𝑥𝜓式中：𝛼max1——隔震后的水平地震影响系数最大值；𝛽——水平向减震系数；𝛼𝑚𝑎𝑥——非隔震结构水平地震影响系数最大值；𝜓——调整系数，一般橡胶支座，取0.8，隔震装置带阻尼器取0.75。第三步隔震层设计3.1隔震支座的参数›应进行竖向承载力的计算，在重力荷载代表值作用下的竖向压应力不应超过规范限制。›对设防烈度地震的验算，应取剪切变形100%的等效刚度和等效黏滞阻尼比；对罕遇地震验算，宜采用剪切变形250%时的等效刚度和等效黏滞阻尼比，当隔震支座直径较大时可采用剪切变形100%时的等效刚度和等效黏滞阻尼比。›当采用时程分析时，应以实验所得滞回曲线作为计算依据。3.2隔震支座的水平剪力›隔震支座的水平剪力应根据隔震层在罕遇烈度地震下的水平剪力按各隔震支座的水平等效刚度分配；当按扭转耦联计算时，尚应计及隔震层的扭转刚度。›隔震支座对应于罕遇地震水平剪力的水平位移，应符合下列要求：𝑢𝑖≤𝑢𝑖𝑢𝑖=𝜂𝑖𝑢𝐶式中：𝑢𝑖——罕遇地震作用下，第i个隔震支座考虑扭转的水平位移；𝑢𝑖——第i个隔震支座的水平位移限值；𝑢𝐶——罕遇地震下隔震层质心处或不考虑扭转的水平位移；𝜂𝑖——第i个隔震支座的扭转影响系数，应取考虑扭转和不考虑扭转时i支座计算位移的比值；当隔震层以上结构的质心与隔震层刚度中心在两个主轴方向均无偏心时，边支座的扭转影响系数不应小于1.153.1隔震支座的位移›改变地震波峰值为罕遇地震，先求得隔震层位移。›再按照规则结构的简化方法，求得各隔震支座的位移。›判断隔震支座位移是否满足：›隔震支座罕遇地震下的拉应力验算。隔震层的支座的设计原则是罕遇地震下不破坏，且不应出现不可恢复的变形。第四步下部结构设计4.1隔震层下部结构设计›隔震层支墩、支柱及相连构件：采用隔震结构罕遇地震下隔震支座底部的承载力验算。›隔震层以下的结构（包括地下室和隔震塔楼下的底盘）中直接支承隔震层以上结构的相关构件，应满足嵌固的刚度比和隔震后设防地震的抗震承载力要求，并按罕遇地震下进行抗剪承载力验算。目标：保证隔震设计能在罕遇地震下发挥隔震效果。第五步基础和地基4.1隔震层下部结构设计›砌体房屋；›地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层（指7度、8度和9度时，地基承载力特征值分别小于80、100和120kPa的土层）的下列建筑：›不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋；›基础荷载与上述民用建筑框架相当的多层框架厂房。隔震建筑地基基础的抗震验算和地基处理仍应按本地区抗震设防烈度进行，甲、乙类建筑的抗液化措施应按提高一个液化等级确定，直至全部消除液化沉陷。下列隔震建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算：4.1隔震层下部结构设计›规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。需进行地基基础抗震验算和地基处理的隔震结构，按多遇地震下的地震作用进行基础及地基承载力的验算。当下部结构或地基基础需要考虑竖向地震作用时，也按多遇地震下结构承受的竖向地震作用进行验算。隔震建筑承担地基不均匀沉降的能力较弱，而地震时，当地基为液化土时，又极易产生不均匀沉降，因此，隔震建筑地基必须采取抗液化措施。采取抗液化措施前先对地基进行地基的液化判别，根据液化等级和地基情况采用取不同措施。目前地基抗液化的方法有：置换法、灌浆法、深层搅拌、降低水位法、振冲水冲法、强力夯实法、深层挤密法、砂井预压法，等等。对甲、乙类建筑的液化判别和抗液化措施应按提高一个液化等级确定，直至全部消除液化沉。第六步隔震器连接4.1隔震器的连接4.1隔震器的连接4.2隔震器及连接件受力›剪力按各支座的水平刚度分配。›轴力为上部结构的柱底或墙底轴力。›弯矩：第七步隔震建筑的构造5.1隔震建筑的构造穿越隔震层的门廊、楼梯、电梯、车道等部位，应防止可能的碰撞上部结构的周边应设置竖向隔离缝，缝宽不宜小于各隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移值的1.2倍且不小于200mm。对两相邻隔震结构，其缝宽取最大水平位移值之和且不小于400mm。上部结构与下部结构之间，应设置完全贯通的水平隔离缝，缝高可取20mm，并用柔性材料填充；当设置水平隔离缝确有困难时，应设置可靠的水平滑移垫层。Thankyou