高档别墅基础隔震设计报告书（word12页）

1、 PAGE 12 某高档别墅基础隔震设计报告书 Seismic Isolation Report of a High-class Cottage 姓名：陈贻辉 学号：1130648 专业：防灾减灾工程及防护工程2012年1月5日 某高档别墅基础隔震设计报告1、工程概况及隔震设计目标本工程为某高档别墅，两层框架结构，层高均为4.2米，建筑总高度为8.4米，工程设计为7度抗震设防，三级框架，II类场地，设计地震分组第一组，设计基本地震加速度值0.10g，执行建筑抗震设计规范（GB50011-2010），反应谱特征周期0.40s。考虑到建筑设计可能行及性价比，拟采用隔震技术，期望通过采用隔震措施，降

2、低房屋的地震作用。根据甲方要求，综合考虑到隔震效果和技术措施实施的可行、可靠、安全等因素，减震效果期望降低1度，将该房屋抗震设防烈度提升至8度。本工程采用ETABS软件进行分析。ETABS是一个建筑结构分析与设计的集成化环境，是美国乃至全球公认的高层结构计算程序，是房屋建筑结构分析与设计软件的业界标准，其前后处理十分方便。图1是原结构在ETABS中的3D模型。 图1 原结构ETABS中的结构3D模型 2、原结构在ETABS软件中的基本信息 表1 集中楼层质量 （单位：t）楼层STORY2 STORY1 BASE Totals 质量794.2950.218.661763 表2 模态与周期 （单位

3、：s）振型振型 1振型 2振型 3周期（s）0.60490（X向）0.60377（Y向）0.55091（扭转）3、隔震支座的初步选取 图2 地震影响系数曲线已知场地特征周期Tg=0.40s，结构第一自振周期T1=0.60490s，由上图可见，T1落在反应谱的下降段上。要达到把8度降低到7度的目标，可以通过延长结构周期来实现，即在8度下使隔震结构的地震影响系数原结构在8度下地震影响系数的27%40%，这里首先取减震系数为30%，则有 式中，Tiso为隔震后的结构周期。由此可得。隔震后，由于在底部增加了一层楼板（如图3所示），故上部结构总质量会有所增加，通过ETABS可以查得，隔震后总质量m=24

4、17t。 图3 隔震后结构增加了一层楼板表3给出了隔震结构的楼层集中质量信息。 表3 隔震结构的楼层集中质量（单位：t）楼层STORY2 STORY1 BASE Totals 质量794.2950.2672.92417可将上部结构视为刚体，用公式来近似表示隔震后结构的周期，由此可得隔震层的水平刚度=17.942KN/mm本隔震设计拟采用天然橡胶支座（NRB），不考虑其附加的阻尼作用。该框架共有16根柱子，假设每根柱子下面布置一个NRB，则单个支座的水平刚度为假设结构自重由所有柱子均匀承担，则每根柱子所受压力为N1=24170/16KN=1510.625KN。根据先前预计，隔震后的结构在8度罕遇

5、地震（）下的地震影响系数将变为.由此可以估算隔震层的水平位移为隔震层水平刚度和位移是选择橡胶支座（NRB）的重要依据。但同时也应注意到，隔震设计是在尽可能小的水平刚度和可接受的水平位移之间寻求平衡点。因此，支座的选取往往不是一次就能成功的，而是需要经过多次试算，反复比较。经试算，选用无锡圣丰建筑新材料有限公司生产的FUYO天然橡胶支座G4 S2=5系列产品NRB800，其力学性能参数如下表所示。 表4 NRB800橡胶支座的力学性能型号Dp(mm)基准面压（MPa）长期荷载（KN） Kv（Kn/mm）100%性能Kh（KN/mm）NRB8004015752135171.238该支座的各项指标均

6、能够满足预先估计的水平刚度、变形量以及竖向承载的要求。在每根柱子下布置一个橡胶支座NRB800，如图4所示。在ETABS中叠层橡胶支座可用线性弹簧来模拟，并且不考虑其提供的附加阻尼。 图4 叠层橡胶支座的布置（XJD表示橡胶支座）地震波的选取接下来需要进行时程分析，以验证隔震结构确实能够达到预期的减震效果。选择地震波要综合考虑峰值加速度、频谱特性、持续时间三个要素，使之尽量与建筑场地相符合。本工程采用已经给定的三条归一化地震波AW1、AW2、E186（图5、6、7），峰值加速度下表确定。 表5 地震峰值加速度（）烈度小震中震大震7度351102208度70210400 图5 AW1（间隔0.0

7、2s） 图6 AW1（间隔0.02s） 图7 地震记录E186（间隔0.005s）由表2可以看出，结构的第一周期与第二周期十分接近，说明结构是很规则的。因此，为了简化起见，本工程可以仅考虑X方向的地震作用。隔震效果分析 隔震后结构第一、二振型的的周期均为2.252s，达到了延长周期的目的。5.1减震系数的确定定义减震系数 式中，减震系数； V2隔震结构在8度下的层间剪力； V1非隔震结构在8度下的层间剪力。是反映隔震效果的重要指标。表6列出了8度大、中、小震下非隔震结构与隔震结构层间剪力的对比。 表6 8度大、中、小震下非隔震结构与隔震结构层间剪力比较（KN）地震水准楼层号地震波非隔震结构V1

8、最大值V1max隔震结构V2最大值V2max 减震系数 =V2max/V1max 8度小震STORY2AW111831183319.2319.226.98%AW21115272.9E1861029182.5STORY1AW118151815661.4661.436.44%AW21686576.9E1861166352.7 8度中震STORY2AW135493549957.6957.626.98%AW23346818.7E1863087547.6STORY1AW1544654461984198436.43%AW2505917318度大震STORY2AW167616761

9、1824182426.98%AW26373156018658801043STORY1AW110370103703779377936.44%AW29636329718666652015根据我国建筑抗震设计规范，隔震后上部结构的设防烈度可以降低，水平向减震系数与隔震后结构水平地震作用所对应烈度的分档见表7。 表7 水平向减震系数与隔震后结构水平地震作用所对应烈度的分档基本设防烈度 隔震后可降低到的烈度0.530.400.400.270.278（0.20g）7（0.15g）7（0.10g）7（0.10g） 取8度中震第一层（STORY1）的减震系数作为结构的整体减震系数，即。由表7可知，0.400.

10、27，因此上部结构按7度设计即可达到8度的设防目标。5.2隔震前后层间位移角的比较 表8 8度大、中、小震下非隔震结构与隔震结构层间位移角比较（rad）地震水准楼层号地震波非隔震结构1隔震结构2 减少率（1-2）/18度小震STORY2AW11/6821/257173.47%AW21/7461/301575.25%E1861/8621/456681.08%STORY1AW11/5231/153865.99%AW21/5561/177968.75%E1861/8671/290470.14%8度中震STORY2AW11/2271/85773.51%AW21/2491/100575.22%E1861

11、/2871/152281.14%STORY1AW11/1741/51366.08%AW21/1851/59368.80%E1861/2891/96870.14%8度大震STORY2AW11/1191/45073.56%AW21/1311/52875.19%E1861/1511/79981.11%STORY1AW11/911/26966.17%AW21/971/31168.81%E1861/1521/50870.08%由表8可以看出，8度大、中、小地震下隔震结构比非隔震结构的层间位移角有显著的减小。传统的非隔震结构在大震下层间位移角很大，这样即使结构不倒塌，震后也会因器物、装修严重损坏而使房屋无

12、法继续使用；而隔震后不仅能保证结构在大震下的安全，而且能保证结构的使用性能不受到大的影响，如室内器物、装修基本不损坏。5.3隔震结构在8度下与非隔震结构在7度下的层间剪力比较隔震后，上部结构只需按7度（0.10g）即可。为了更好地了解隔震结构的性能，我们可以将隔震结构在8度下的层间剪力与非隔震结构在7度下的层间剪力进行比较，见表9。 表9 隔震结构在8度下与非隔震结构在7度下的层间剪力比较地震水准楼层号非隔震结构7度下层间剪力最大值V1（KN）隔震结构8度下层间剪力最大值V2（KN）层间剪力减少比率X向(V2-V1)/V1小震STORY2591.6 319.246.04%STORY1907.7

13、 661.427.13%中震STORY21859 957.648.49%STORY12853 198430.46%大震STORY23718 182450.94%STORY15705 377933.76%由表9可见，隔震结构在8度下的层间剪力比非隔震结构在7度下的层间剪力还要小得多。这更加说明了，采取隔震措施后，上部结构按7度设计完全可以达到8度的设防目标，而且还有一定的余量，结构的实际抗震能力比8度还要强。5.4隔震层水平位移的验算隔震后的上部结构即使在大震作用下其层间位移角也比较小。因此，将第一层（STORY1）顶部刚性隔板质心的位移当做隔震层的位移对于隔震的橡胶支座来说是偏于安全的。下面列

14、出了ETABS软件输出的8度中震、大震下第一层（STORY1）顶部刚性隔板质心X方向的最大位移，亦即隔震层的水平位移Ux。 表10 隔震结构在8度中震、大震下隔震层X向最大水平位移Ux近似值 地震水准地震波 隔震层位移Ux (mm) 中震AW1 143.9358AW2 124.1131E186 73.4668 大震AW1 274.1634 AW2 236.4059 E186 139.9367 由表10可以看出，8度大震下隔震层的最大位移为274.1634mm，小于叠层橡胶支座的最大容许水平位移80055%=440mm，因此是符合要求的，并且还有一定的富余量。5.5橡胶支座压应力和拉应力验算橡胶

15、支座的压应力限值是保证隔震层在罕遇地震作用下强度和稳定的重要指标。建筑抗震规范规定，橡胶隔震支座在永久荷载和可变荷载作用下组合的竖向平均压应力设计值，不应超过表11的规定，且在罕遇地震作用下不宜出现拉应力。 表11 支座平均压应力限值 建筑类别甲类建筑乙类建筑丙类建筑平均压应力限值（MPa） 10 1215从软件分析结果中可以查出，在永久荷载下和可变荷载下（本例暂未考虑风荷载），一根柱子最大轴力标准值分别为N1=1981.56KN，N2=497.26KN。因此，平均压应力为，该建筑为丙类建筑，支座平均压应力限值为15MPa，符合要求。通过比较可以8度AW1罕遇地震下，柱子的轴力取得最大值，最大

16、拉力为359.4KN，和永久荷载下的轴力相比此值甚小，因此在罕遇地震作用下支座不会出现拉应力。6结论 通过隔震，可以达到将地震作用降低1度的效果，即上部结构按7度设计可以实现8度的抗震设防目标。7对隔震的思考与体会我国是世界上遭受地震灾害最为严重的国家之一，近年来发生的汶川地震、玉树地震给我国带来了巨大的经济损失和人员伤亡。每当大地震发生时，我们就会想：如果在建造这些建筑物的时候能把它与地面的连接切断的话，那么就不会遭受这么大的伤害了。基础隔震正是基于这种构想。传统的抗震结构体系实质上是把结构本身（柱、梁、节点）作为耗能构件。按传统抗震设计方法，容许结构本身及构件在地震中出现不同程度的损坏。由

17、于地震动的随机性和结构实际抗震能力设计计算的误差性，结构在地震中的损坏程度难以控制，特别是出现超过设防烈度的强震时，结构就更加难以确保安全。所谓基础隔震就是在建筑物的基础与上部结构之间嵌入隔震装置（如叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座以及阻尼器等,如图8所示），以减少地震能量向上部结构的传递。 图 8 隔震结构示意图叠层橡胶支座在水平方向有非常大的柔韧性，可将上部结构水平方向的摇动减小，从而达到降低地震波对上部结构产生的水平地震力。同时，叠层橡胶支座具有很大的竖向刚度，这就保证了对上部结构的稳定支承。如果需要进一步吸收地震能量，则应另外设置衰减装置，如选用阻尼器或将叠层橡胶支座与铅芯相结合的铅芯橡胶支座。隔震建筑不仅是建筑本身，而且其内部物体也可免受地震影响，因此能保证建筑物的整体安全。地震除了对结构本身造成破坏以外，对内部装修、家具、设备机械以及物品的损害也应引起我们的高度度重视。而隔震建筑在地震作用下其上部结构层间位移较小，接近于刚体平移，因而内部损