日本建筑隔震设计方法1551337368

1、日本建筑隔震设计方法2011年3月11日，日本东北地区宫城县北部发生9.0级强震，继而引发强烈海啸和核危机，造成重大人员伤亡和财产损失，使日本经济遭受重创。但同时我们也看到，灾难过后的日本建筑并不完全像我国汶川地震的情形，即使在遭受海啸袭击后，仍有很多建筑残破的坚挺、伫立。由于历史、地质等原因，日本在建筑抗震方面有着丰富的理论和实践经验，值得我们学习、借鉴。全国城市抗震防灾规划审查专家委员会委员，中国建筑标准设计研究院抗震防灾中心副主任兼总工曾德民先生在百忙中接受本刊约稿，从建筑隔震角度讲述了日本建筑的隔震设计理论。同时，作为中日政府合作项目“中日建筑抗震技术人员培训项目”技术和常务负责人，曾

2、德民总工详细介绍了该项目背景及目前进展情况。曾德民，中国建筑标准设计研究院抗震防灾中心副主任兼总工，全国城市抗震防灾规划审查专家委员会委员。致力于进行建筑抗震新技术的开发和应用，参加多项国家重大（重点）项目课题研究，编制多项建筑隔震减震技术和试验检测相关标准，主持完成多项工程技术咨询和试验检测，为隔震技术的推广应用作了大量试点工程。建筑隔震技术越来越受到工程界的认可，可以说是当今国内外抗震新技术研发应用的主要焦点，而日本在隔震技术的研发和应用方面处于国际领先地位。据不完全统计，日本国内有3000栋以上的建筑采用隔震技术（不包括小型日本传统住宅），其中60m以上的高层建筑有250栋以上，最高的隔

3、震建筑达到近180G采用隔震技术进行加固的文物建筑和重要建筑也有近200栋。通常隔震系统的模型如图1所示，通过在基础和上部结构之间，设置一个专门的橡胶隔震支座和阻尼器，形成高度很低的柔性底层，称为隔震层。通过隔震层将基础和上部结构断开，延长上部结构的基本周期，从而避开地震的主频带范围，使上部结构与水平地面运动在相当程度上解除了耦连关系，同时利用隔震层的高阻尼特性消耗输入地震动的能量，使传递到隔震结构上部的地震作用进一步减小。卜.部结构隔震支座阻尼器基础图1隔震结构模型设计基本思路隔震结构与抗震结构的机理不同，其设计原则是：地震作用时输入到上部结构的能量尽可能的减少，而依靠隔震层发生较大的几种变

4、形，吸收大部分地震能；隔震层变形应控制在允许的极限变形范围内。一方面隔震建筑上部结构地震作用大大降低，另一方面可通过合理布置隔震装置，减少或避免隔震层的偏心，基本上可以消除由上部结构的质量和刚度偏心所引起的扭转振动影响。因此，与传统的建筑相比，隔震建筑设计自由度更大。在传统抗震结构分析中的不确定因素，对隔震结构来说明显减少了，但影响设计隔震建筑的参数还是很多，应该充分考虑到这些参数的变化范围，从多个角度研究隔震建筑在地震中的状态。隔震结构的分析模型由简单到精密，可以进行阶段性设定。必要时进行时程反应分析，以便更有效地把握建筑在地震中的实际状态。一般设计流程和方法对于一般隔震建筑，单质点体系的反

5、应谱基本可以反映其地震反应振动情况。因此,一般设计人员往往采用图2所示基本流程进行初始设计，必要时再采用能量法、时程分析法等进行精细分析。隔震构件的设计(4)一多层橡胶：承载力、水平刚度、变形能力数量、配置阻尼器：种类、屈服剪力、变形、设计能力、数量、配置用设计隔震层的特征值预测反应设计方针和目的的确认(7)结束图2隔震层基本设计流程上述基本设计流程的步骤说明如下。5；引用4）设计的各隔震构件的特性值，按式和（4）求kf,。一看是否与假定的值大体一致。若否,则构件的设计不合适,应返回到3）对特性值进行修正.卜£月。小£九式中，院为各隔震层的水平刚度1fy4为各阻尼器的屈服承

6、载力,6）求Tr,：由橡胶隔震支座的刚度kf和建筑物的总重最利用式和求潺少，见。然后按等我单啦点体系进行反应预测。7）反应预测01ax和火：为了应用反应谱.采用等效线性化法，将隔震结构视为具有等效刚度方的、等效周期T和等效阻尼11的单质点体系。由下式求得k,T,Ji。-fvlr-i当假定隔震层的最大位移Smax后,由,C（3,Cmax利用式（7）、（8）求得等效周期再由式（9）求得等效阻尼%。结合建筑场地的类别，根据反应谱（见表1）,可以得到SDO表1日本反应谱表场地类别场地周期7ys加速度反应谐S、位移反应谱5第一类0.48753,L19工第二类0.6094i/q23£第三类0.8

7、01254318注：SA=（cm/），.=L51（cm）Zcq41r则隔震层的最大位移（cm）和基底剪力系数由前述不同类别的反应谱按式（10）、（11）求得。鼠=SdD（%）（10）%=22（U）g式中2号工此时,将求出的与先前假定的5mx作比较，苦差别很大，则llulA对假定值修正后返回取新计算。最终求得5m和，并最终确认满足条件5gx<2、4v%。链接:中日建筑抗震技术人员培训项目“中日建筑抗震技术人员培训项目”是落实“5?12汶川大地震”后中日首脑确认的“总体合作框架”中就“城市建设”领域开展的灾后恢复重建合作项目。为借鉴日本在建筑抗震领域积累的相关经验，加强在中国的建筑设计、施工

8、等环节中相关抗震标准规范的贯彻执行，提高中国建筑结构设计及施工人员的技术能力，进一步推动中国建筑领域抗震技术水平的应用和整体抗震减灾能力的提高，2009年5月12日,在“5?12汶川大地震”震后一周年之际，住房和城乡建设部计划财务与外事司和日本国际协力机构中华人民共和国事务所在北京就“中日建筑抗震技术人员培训项目”正式签约。项目培训内容以建筑抗震的实用性技术为主，覆盖建设工程从前期到完成的各个阶段，分为宏观管理决策和应用技术两大部分，具体包括建筑抗震设计与鉴定加固、建筑抗震行政管理、历史建筑物抗震保护、城市抗震防灾规划等四项内容。中方项目承担单位为中国建筑设计研究院，具体组织实施单位为中国建筑标准设计研究院。该项目于2009年6月正式启动，为继续推进双方合作，扩大项目成果，中日双方经磋商确定将该项目实施周期由原来3年延至4年，即从20