复杂高层结构设计注意要点

1、结构隔震加固西安达盛隔震技术有限公司二零一二年十二月隔震加固技术的优势二日本隔震加固实例五结构隔震加固概述一隔震加固技术国内外的应用三中国隔震加固实例四结构隔震加固概述结构加固的目的 使待加固结构满足业主期望的性能 加固方法 加强？ 传统加固方式 减弱？ 也是加固的一种重要方法。 隔震加固二、隔震加固技术优势隔震与常规抗震加固的区别隔震加固与常规抗震加固相比较最大的优势 隔震加固不影响建筑物的正常使用，隔震加固期间建筑物里的人员可以正常工作生活，而不必搬离建筑物，临时租赁工作或生活场所，更不会造成现有建筑物的财产的损失（如装修、水电管线等）； 常规加固需要将建筑物的所有装修完全破坏，才能进行加

2、固施工，然后再进行修复，周期长，而且造成建筑物内物主的财产损失，所有人员更需要搬离建筑物，另觅安身之地，劳民伤财，增加了很大的额外成本和费用。隔震加固与常规抗震加固相比较最大的优势 隔震加固与常规加固相比在工程成本上也可以大大降低加固工程的费用，常规加固8001200元/平方米（北京市已经改造的学校常规抗震加固造价达到了2000元/平方米），而隔震加固的费用基本保持在550元/平方米750元/平方米；隔震加固与常规加固相比可以大大提高建筑物的抗震性能，确保在大震发生时，建筑物内的人员和财产不受损失，此次汶川地震就验证了隔震建筑在大震发生时的优异抗震性能。 隔震加固与常规抗震加固相比较最大的优势

3、 隔震加固技术适用于广泛的工程形式。隔震技术适合各种工程情况，不论是一般民用建筑还是重要性建筑或生命线工程。它不仅能保证结构本身的安全，还能保护建筑内部的设施不受破坏。同时，隔震加固可以用于各种结构体系，如砖石结构、钢筋混凝土结构、钢结构等; 隔震支座安放位置有很多可选方案，可使建筑布置更为灵活，这样就可以确保在加固时不影响结构的外观，保持建筑物的原有风貌。这一特性可以满足实际工程中各种不同的综合性需要，所以隔震加固技术特别适合对历史纪念性建筑的修复补强。三、隔震加固技术国内外的应用应用实例：都江之春1楼5框架隔震加固（忻州第十中学）砌体隔震加固（北京信息科技大学）砌体隔震加固（北京信息科技大

4、学）砌体隔震加固（北京信息科技大学）砌体隔震加固（北京信息科技大学）砌体隔震加固（北京信息科技大学） 日本国立西洋美術館 高阻尼橡膠隔震支座隔震加固技术-日本豊島区役所 積層支承基础隔震技术用于房屋的增层改造四、中国隔震加固实例背景汶川地震中的典型震害之一：首层薄弱层首层严重破坏，上部结构几乎完好受灾地区的设防烈度提高，原设计不满足新规范全部拆除重建？重建就能避免底层薄弱层？22底层破坏结构保全了上部结构2失效-安全概念失效安全: 结构系统中某些部分在大震中破坏了，该结构系统中的其它部分可以因此得到保全；对于非隔震结构，软弱层破坏了，其它部分可以因此得到保全；对于隔震结构，它的薄弱层是经过工程

5、设计的，这样的薄弱层同样可以在地震中保全结构的其它部分，而且这样的薄弱层的损伤时可控的。不可控的薄弱层非隔震结构工程设计的薄弱层隔震结构不增强上部结构却可以提高整体结构的抗震能力继续保证底层作为停车场或者商业区的原设计功能地震中可更好保护上部结构的室内物品（功能性）成本远低于重建费用，也低于常规加固方法。柱顶隔震技术的优势3柱顶隔震：在首层柱定设置隔震支座隔震结构的一般设计流程假定水平向减震系数，并根据水平向减震系数设计上部结构。根据上部结构的设计，设计隔震层建立基础固定结构和隔震结构的模型，选择合适的地震拨进行时程分析，通过两个模型计算结果的比较获得计算水平性减震系数设计上部结构合适设计隔震

6、层设计下部结构和基础确定水平向减震系数检查减震系数不合适检查水平向减震系数是否合适？如果不合适，重新假定一个水平向减震系数否则，继续设计下部结构和基础4尽可能使得隔震结构的设计和常规结构设计方法接近。应用实例：都江之春1楼5应用实例：都江之春1楼5应用实例：都江之春1楼5都江堰市，6层RC框架结构高度：21.22m. 建筑面积：5400m2首层为停车场，二层及以上为高档住宅结构概况Fig. 3: Structure plane6汶川地震中首层严重破坏，而上部结构基本保持完好首层柱顶和柱脚出现大量严重的塑性铰，最大水平残留位移为 200mm汶川地震前，都江堰市设防烈度为7度，震后提升为8度结构震

7、害情况7采用了两种铅芯隔震支座，包括：LRB500-90 and LRB600-100两种类型，共44个支座。仔细调整了隔振支座的布置，使得隔振层的刚度中心和质量中心基本重合。柱顶隔震方案隔振支座的布置8采用SAP2000结构分析软件进行弹塑性时程分析建立了两种模型：原结构的层模型和柱顶隔振的层模型隔振层精确建模，考虑可能存在的扭转效应；采用NLNK单元Isolator的模型模拟隔振支座。计算分析模型Original Structure Model Seismic isolation Structure ModelSuperstructure Seismic isolation layerSu

8、bstructure9采用了两组天然地震波（El Centro-NS和Taft-NS）和一组人工波（根据都江之春项目所在地场地类型选择）；最大地震加速度调整为小震70gal，中震200gal，大震400gal. 地震波选择10隔振后结构的X方向第一周期从 0.609s 延长到 2.281sY方向从 0.569s 延长到 2.267s模态分析结果前三阶周期的自振频率和质量参与系数ModeTime/sUXUYRZSumUXSumUYSumRZ12.2810.9380.0030.1150.9380.0030.11522.2670.0030.9750.6680.9410.9780.78332.0750

9、.0370.0000.2000.9780.9780.983注：模态分析采用的隔振支座的橡胶发生100%剪切应变时的刚度11 最大楼层剪力上部结构各个楼层的地震剪力隔振后所有楼层的水平地震剪力都减小到了原来设计地震剪力的40%以下隔振模型在8度情况下上部结构各个楼层的地震剪力均小于7度情况下隔振前各个楼层的地震剪力隔震后上部结构无需加固即可以基本满足新的抗震设防要求14考察局部构件的内力12大震下隔震层位移大震下隔震层的最大水平位移（mm）Direction of the seismic waveWithout/with consideration of torsion effectElectr

10、oTaftSyntheticAverageX direction118/119122/123158/161132.7/133.7Y direction117/117123/123157/158132.3/132.7大震下隔振层最大水平位移小于最大所有隔震支座的允许水平位移的限值（0.55D and 3.0橡胶层总厚度）隔振层没有出现显著的扭转效应，这也感谢我们对隔震垫仔细布置，保证隔震层刚度中心和质量中心重合。隔震支座中没有出现显著的拉应力（不出现，小于1MPa）15下部结构和基础设计验算下部结构和基础的设计和常规结构基本相同。两点不同：上部结构在罕遇地震下对下部结构产生的剪力，轴力以及附加弯

11、矩被作为外荷载施加到下部结构的柱顶；下部结构的性能目标被设定为大震不屈服16施工过程组织设计16施工过程组织设计遵循由内向外，间隔托换的原则；首层和二层的支架，从二层开始，一次性拆除正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#结论简要介绍了适合于工程应用的柱顶隔震结构设计的方法探讨了

12、柱顶隔震加固的施工方法采用柱顶隔振的技术可以有效加固首层薄弱层结构（安全性和保持原建筑的功能性），特别适合震后地震烈度提高的地区17五、日本隔震加固实例国立西洋美术馆总馆隔震加固历史文化建筑的保存与重现清水建设有限公司資料提供建筑物概要所 在 地：东京都台东区上野公园7-7占地面积：9,287.88m2建筑面积：1,692.61m2层 数：地上3层、地下1层、阁楼1层结 构：钢筋混凝土结构(新建时）总面积：3,995.67m2设 计：勒柯布西耶 （Le Corbusier） 监 工：坂仓准三、前川国男、吉阪隆正、横山不学文部省管理局教育设施部工营课（当时）施工：清水建设株式会社竣工：1959年

13、5月(此次修复时）总 面 积：4,200.30m2设计监督：建设省关东地方建设局营缮部、 株式会社前川建筑设计事务所、 株式会社横山建筑构造设计事务所、清水建设株式会社（设计合作）施工：清水建设株式会社工期：1996年5月1998年3月建筑物概要（续）国立西洋美术馆总馆的历史沿革法国政府二战时的战利品“松方收藏品”被归还时所建。柯布西耶先生作品中印度以东、美国以西地区建成的唯一现存建筑物。近代建筑史上以采用模块技术、底层挑空形式、混凝土浇筑暴露装饰等为特征的重要作品。修复方法探讨方法墙壁加固柱梁加固减震免震评估项目来馆人员的安全美术馆的功能性美术品的保护継承认为效果不大隔震原创设计的继承以往建

14、筑物隔震建筑物隔震装置隔震装置将地震力巧妙吸收，使建筑物能够承受晃动轻微的地震入口大厅餐厅入口大厅商店19世纪大厅6350635063506350635063506350635063506350635063503810038100走廊21世纪画廊层平面图有地下层地下层增加可使用面积33200284038203900照明画廊展厅展厅仓库厨房中庭咖啡厅机械室入口大厅入口大厅展厅仓库21世纪画廊前庭63506350635063506350635038100截面图隔震化现状结 构 计 划修复设计的标准 级别1 (25cm/s)上部结构：全部材料在容许工作应力以内设备管道：无损坏级别2 (50cm/s)

15、上部结构：全部材料在弹性限度以内设备管道：供水等重要管道无损坏隔震装置：最大位移30cm左右、不发生抽脱高阻尼叠层橡胶的形状和配置法兰遮盖橡胶内部橡胶内部钢板直径直径数字为轴向力隔震部件的设计目标项 目内 容水平方向周期中地震波时： T = 2.0sec左右大地震波时： T = 2.53.0sec左右垂直方向固有振动数10Hz以上叠层橡胶面压100kgf/cm2以下叠层橡胶変形能力40cm左右层X方向Y方向Kx (t/cm)Ky (t/cm)36,3638,71527,3599,74817,0618,486隔震层* KH =84.67t/cm 56.63t/cm* KH =84.67t/cm

16、56.63t/cm* KH 上段的值为水平位移10cm时 下段为水平位移20cm时RFL3FL2FL1FLGL4,0202,8603,1001,777t 640t1,782t7,061t质点系振动解析解析模型场合方向次数固有周期(sec)刺激系数上层建筑1层地板位置固定X方向1次0.2011.23182次0.0790.46303次0.0400.0819Y方向1次0.1791.22572次0.0700.42843次0.0340.0710叠层橡胶使用时（叠层橡胶剛性为水平位移10 cm等价剛性）X方向1次2.1691.00702次0.1600.00753次0.0760.0010Y方向1次2.169

17、1.00552次0.1410.00593次0.0670.0007固有周期一览表(1)场合方向次数固有周期(sec)刺激系数上层建筑1层地板位置固定X方向1次0.2011.23182次0.0790.46303次0.0400.0819Y方向1次0.1791.22572次0.0700.42843次0.0340.0710叠层橡胶使用时（叠层橡胶剛性为水平位移20 cm等价剛性）X方向1次2.6511.00472次0.1600.00503次0.0760.0007Y方向1次2.6511.00372次0.1410.00393次0.0670.0005固有周期一览表(2)场合方向次数固有周期(sec)刺激系数叠

18、层橡胶使用时（叠层橡胶剛性为水平位移10 cm等价剛性）X方向1次2.1691.00702次0.1600.00753次0.0760.0010Y方向1次2.1691.00552次0.1410.00593次0.0670.0007叠层橡胶使用时（叠层橡胶剛性为水平位移20 cm等价剛性）X方向1次2.6511.00472次0.1600.00503次0.0760.0007Y方向1次2.6511.00372次0.1410.00393次0.0670.0005固有周期一览表(2)波名观测波最大加速度(cm/s2)*A/V比(1/s)输入最大加速度持续时间(sec)25cm/s(cm/s2)50cm/s(cm

19、/s2)El Centro1940 NS341.7010.215255.38510.7540.00Taft1952 EW179.959.933248.33496.6540.00Hachinohe1968 NS225.006.602165.05330.1036.00Tokyo 1011956 NS 74.009.699242.00485.0012.00输入地震波一览表*A/V比：观测波的最大加速度和使用Trifunac方法积分的最大加速度之间的比率。输入波名层间剪力系数水平绝对位移(cm)XY両方向X方向Y方向1层3层1层3层隔震层El Centro1940 NS0.1270.1320.1270

20、.13422.2Taft1952 EW0.1170.1190.1170.11819.6Hachinohe1968 NS0.1210.1270.1210.12520.2Tokyo 1011956 NS0.0950.1030.0960.10611.6隔震层的最大应答值(50cm/s输入标准装置剛性)项目假定地板的剛性置换为楼板面支撑柱梁接合部假定其剛域屈服判定在剛域端钢筋的材料强度标准强度的1.1倍大梁的抗弯剛性作为增加剛性的系数，両側接触地板时为2.0，单側接触地板时为1.5上层结构的阻尼内部阻尼型，叠层橡胶上面看作固定的建筑水平剛性对1次固有振动数的阻尼定数为1%（剛性比例型）柱梁的抗弯特性Degrading Tri-Linear抗震墙把刚性置换为支撑，剪力特性为支撑，抗弯特性为側柱立体框架振动解析解析上的假定解析事例输入波名输入方向最大加速度(gal)持续时间(sec)建筑中心模拟波Y方向输入建筑中心模拟波(级别1)Y355.760.0建筑中心模拟波45方向输入建筑中心模拟波(级别2)X215.560.0建筑中心模拟波(级别2)Y215.560.0El CentroEl Centro1