建筑隔震结构设计

隔震结构设计计2主要内容1.隔震原理简介2.抗震设计规范解读3.隔震设计流程程4.隔震设计软件件5.设计案例3隔震基本原理理结构自振周期期增加，加速速度反应减小小，位移反应应增大结构阻尼增加加，加速度反反应减小，位位移反应减小小4隔震基本原理理隔震建筑更适适宜建造在坚硬的场地地上隔震结构的设计计需要在减小小加速度响应应和增大位移移响应之间找找到最佳的平衡点，并考虑不同同场地作用的的影响。5相关规范建筑结构荷载载规范GB50009-2012混凝土结构设设计规范GB50010-2010建筑抗震设计计规范GB50011-2010建筑抗震设防防分类标注GB50223-2008橡胶支座第三三部分：建筑筑隔震橡胶支支座GB/T200688.3-2006建筑工程抗震震性态设计通通则（试用））CECS160:2004叠层橡橡胶支支座隔隔震技技术规规程CECS126:2001叠层橡橡胶支支座基基础隔隔震建建筑构构造图图集DBJT25-99-2003建筑结结构隔隔震构构造详详图03SG610-16抗震设设计规规范——隔震与与消能能减震震设计计7抗震设设计规规范——隔震与与消能能减震震设计计8抗震设设计规规范——隔震与与消能能减震震设计计9抗震设设计规规范——隔震与与消能能减震震设计计10抗震设设计规规范——隔震与与消能能减震震设计计普通橡橡胶支支座徐徐变曲曲线徐变量量0.26%11抗震设设计规规范——隔震与与消能能减震震设计计12抗震设设计规规范——隔震与与消能能减震震设计计13抗震设设计规规范——隔震与与消能能减震震设计计抗震设设计规规范（（01版）：：当隔隔震支支座直直径较较大（（如600mm）时可可采用用剪切切变形形100%时的等等效刚刚度和和等效效粘滞滞阻尼尼比14抗震设设计规规范——隔震与与消能能减震震设计计15抗震设设计规规范——隔震与与消能能减震震设计计16抗震设设计规规范——隔震与与消能能减震震设计计17抗震设设计规规范——隔震与与消能能减震震设计计18抗震设设计规规范——隔震与与消能能减震震设计计19抗震设设计规规范——隔震与与消能能减震震设计计20抗震设设计规规范——隔震与与消能能减震震设计计21抗震设设计规规范——隔震与与消能能减震震设计计22设计流流程结构初步设计隔震方案选定隔震性能分析下部结构设计基础设计地震动动是否传统抗抗震设设计方方法，，PKPM确定隔隔震支支座参参数，，布置置方案案，附附加阻阻尼器器等采用SAP2000、Etabs、Midas等软件件，根根据上上部结结构和和隔震震层参参数，，进行行动力力分析析，验验证方方案是是否满满足预预期的的设计计要求求传统抗抗震设设计方方法，，PKPM传统抗抗震设设计方方法，，PKPM隔震目标根据建建筑功功能、、场地地条件件、经经济性性等初初步确确定隔隔震目目标23隔震目目标确确定1）隔震震建筑筑的经济性性：采用用隔震震技术术，增增加了了隔震震支座座费用用、隔隔震构构造措措施费费用，，但减减小了了梁柱柱断面面，节节约了了钢材材和混混凝土土用量量。根根据工工程经经验，，对于于高烈烈度区区，采采用隔隔震技技术经经济性性十分分明显显，上上部结结构设设计方方案比比较合合理，，一般般能节节约3%～20%。2）隔震震建筑筑的高效性性：当地地抗震震设防防烈度度较高高，场场地条条件好好、上上部结结构规规则、、质量量和刚刚度分分布均均匀（（包括括平面面和立立面）），可可以初初步确确定上上部结结构水水平地地震作作用按按降低低一度度半考考虑，，对应应水平平向减减震系系数。。3）隔震震结构构的可靠性性：隔震震建筑筑的设设防目目标一一般应应高于于非隔隔震建建筑。。通过过合理理的隔隔震设设计，，建筑筑的设设防目目标可可以达达到““小震震不坏坏、中中震不不坏或或轻微微破坏坏、大大震不不丧失失使用用功能能或可可修””，有有时甚甚至超超过此此目标标，实实现基基于性性能的的设计计思想想。24结构初初步设设计1）上部部结构构设计计根据据降低后后的水水平地地震影影响系系数计算2）国外外大量量实践践验证证，隔隔震技技术对对与自自振周周期超超过1s的高层层结构构同样样适用用，故故2010版《抗规》取消了了2001版结构构周期期小于于1s的限制。。隔震建建筑结构构体型宜宜规则、对对称。3）高层建建筑一般般会采用用剪力墙墙结构、、框剪结结构或者者框架结结构，在在开始定定方案时时，应注注意结构构的高宽比不宜过大大，一般般控制在在3以内比较较好，不宜超过过4。对高宽宽比大的的结构，，需进行行整体倾倾覆验算算，防止止支座压压屈或出出现拉应应力超过过1MPa。高宽比比超过4，需要做做超限审审查。4）采用隔隔震技术术，上部部结构剪剪重比依依然要满满足本地地区设防防烈度的的最小剪重重比要求。5）建筑场场地宜为为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，并应应选用稳稳定性较较好的基基础类型型。25隔震方案案——隔震层1）隔震层层层高：对于没没有地下下室的建建筑，需需要增加加一层作作为隔震震层，这这一层层层高不宜宜太高，，一般梁梁底到地地面的净净高不应应小于600mm，建议不小于800mm。这一要要求主要要是为了了便于日日后的隔隔震层维维护和检检修。2）隔震层层位置：基础隔隔震，隔隔震层位位于地下下室顶部部或单独独设置隔隔震层；；柱顶隔隔震，隔隔震层布布置在一一层柱顶顶；层间间隔震3）特殊结结构如大大底盘多多塔结构构，其柱柱距较大大，为不不影响大大底盘层层的使用用功能，，可在上上部结构构与大底底盘层之之间，专专门设置置层高1.5m～2.0m的隔震层层。26隔震方案案——隔震支座座叠层橡胶胶支座（（天然、、铅芯、、高阻尼尼）摩擦摆支支座弹性滑动动支座滚珠支座座27隔震方案案——支座布置置1）同一隔隔震层内内，各个个橡胶隔隔震支座座的竖向压应应力宜均均匀，且竖向向平均应应力不应应超过丙丙类建筑筑的限值值15MPa。2）铅芯隔震震支座尽尽可能布布置在周周边，天然橡橡胶支座座布置在在中央3）支座布布置：一一柱一支支座，多多柱一支支座，墙墙下支座座4）下部结结构方案案：独立立柱，柱柱加拉梁梁，柱加加短肢剪剪力墙5）《叠层橡胶胶支座隔隔震技术术规程》（CECS126:2001）：隔震震层总受受压承载载力设计计值应大大于上部部结构总总重力代代表值的的1.1倍。每个个隔震支支座的受受压承载载力设计计值应大大于上部部结构传传递到隔隔震支座座的重力力代表值值。需要要考虑竖竖向地震震作用时时，上部部结构传传递到隔隔震支座座的重力力代表值值，8度和9度时可分分别取上上部结构构重力代代表值的的20%和40%。6）《抗规》（GB50011-2010）平均压压应力设设计值应应按永久久荷载和和可变荷荷载的组组合，对对需验算算倾覆的的结构应应包括水水平地震震作用效效应组合合；对需需要进行行竖向地地震作用用计算的的结构，，尚应包包括竖向向地震作作用效应应的组合合。28隔震设计计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设值远小于假假设值不满足满足隔震分析报告假设一个个减震系系数进行行上部结结构设计计布置隔震震层，形形成隔震震结构时程分析析，得到到水平减减震系数数支座轴力力、剪力力、变形形验算连接细部部设计形成分析析报告，，供其他他部分设设计参考考29隔震构造造——隔震层30隔震构造造——隔震层31隔震构造造——立管32隔震构造造——立管33隔震构造造——水平管34隔震构造造——水平管35隔震构造造——电缆、电电线36隔震设计计软件总体上分分为两类类：1）隔震支支座与上上部结构构同时分分析计算算，不需需要考虑虑“水平平向减震震系数””，如MIDAS2)上部结构构和隔震震层分开开设计，，先按隔隔震结构构进行动动力分析析，得到到“水平平向减震震系数””，再用用常用结结构分析析软件进进行设计计。如Sap2000、Etabs等。37隔震设计计软件——Sap2000通用结构构有限元元分析与与设计软软件SAP2000软件具有有集成化化图形用用户界面面，丰富富的模板板供用户户高效、、准确地地建立有有限元分分析模型型。SAP2000软件具有有框架单元元、索单元元、板单单元、壳单元、平面单单元、实实体单元元、连接单元元、铰单元元等单元元，提供供线性和和非线性、静力和和动力分析析，可以进进行静力力分析、、振型分分析、反反应谱分分析、时程分析析、屈曲分分析、移移动荷载载分析、、稳态分分析、功功能谱密密度分析析、静力力Pushover分析、施施工顺序序加载分分析等.同时SAP2000是通用用有限限元分分析与与设计计软件件，适适用于于桥梁梁、工工业建建筑、、输电电塔、、设备备基础础、电电力设设施、、索膜膜结构构、运运动场场所、、演出出场所所等特特种结结构。。38隔震设设计软软件——橡胶隔隔震单单元有效刚刚度：：即隔隔震支支座的的等效效刚度度，可可用于于计算算自振振周期期刚度：：隔震震支座座初始始刚度度，抵抵抗风风荷载载39隔震设设计软软件——摩擦隔隔震单单元剪切变变形与与摩擦擦塑性性耦合合，具具有在在剪切切方向向上沿沿滑移移后的的滑移移后刚刚度，，在轴轴向上上具有有缝行行为，，对于于弯矩矩具有有线性性有效效刚度度40隔震设设计软软件——摩擦隔隔震单单元在剪切切自由由度上上具有有和摩摩擦摆摆隔震震类似似的行行为，，在轴轴向上上具有有缝与与钩的的行为为，不不仅可可以受受拉也也可以以受压压，在在三个个弯矩矩变形形上也也具有有非线线性行行为41隔震设设计软软件——Sap200042隔震设设计软软件——Sap200043隔震设设计案案例——某变电电站工工程第一章章：工工程概概况1.1工程简简介1.2抗震设设防要要求1.3场地条条件1.4本报告告拟达达到目目的1.5分析计计算依依据第二章章：结结构分分析软软件及及分析析模型型2.1分析软软件2.2建模策策略2.3重力荷荷载输输入第三章章：隔隔震方方案分分析3.1隔震支支座的的平面面布置置及参参数3.3隔震结结构周周期3.4隔震分分析地地震波波3.5时程分分析结结果3.6水平向向减震震系数数确定定3.7结构隔隔震情情况下下支座座承载载力需需求3.8结构隔隔震情情况下下支座座变形形需求求3.9隔震连连接方方案结结论第四章章：隔隔震支支座连连接验验算与与初步步设计计4.1隔震层层竖向向承载载力验验算4.2隔震层层变形形能力力验算算4.3隔震支支座水水平屈屈服荷荷载验验算4.4隔震支支座在在罕遇遇地震震下的的拉应应力验验算4.5隔震层层构造造要求求第五章章：附附录附录1加速度度、位位移时时程分分析结结果附录2隔震结结构时时程分分析支支座内内力包包络图图附录3隔震结结构支支座内内力组组合44隔震设设计案案例——工程概概况1.1工程简简介本工程程为现现浇钢钢筋混混凝土土框架架结构构，地地上6层，建建筑物物高度度(室外地地面至至主要要屋面面板的的板顶顶)23.8m,采用层层间隔隔震方方案，，隔震层层设置置在一一层柱柱顶。1.2抗震设设防要要求按《建建筑抗抗震设设计规规范》》（GB50011-2010），该地区地地震基基本烈烈度为为8度，设设计基基本地地震加加速度度值为为0.20g。本工工程按按照抗抗震规规范设设防地地震加加速度度0.2g地区进进行设设计,小震、、中震震和大大震下下地面面加速速度峰峰值（（PGA）分别别为0.10g、0.20g和0.4g，相应应的结结构响响应加加速度度为0.16g、0.53g和0.90g。1.3场地条件本工程拟建建站址属于于对建筑抗抗震一般地地段，地面面20m深度范围内内场地土的的类型以中中软土为主主，且覆盖盖层厚度大大于50m，建筑场地地类别划分分为Ⅲ类，，设计地震震分组为第第二组。特特征周期，多遇地震震下，地地震影响系系数，罕遇地震震下，地震震影响系数数。1.4本报告拟达达到目的确定合理的的隔震层参参数，达到70%减震效果，并保证上上部结构与与支座的连连接安全性性。45隔震设计案案例——分析模型在隔震层的的设计中，，隔震支座座的选用必必须满足规规范对面压限值值的要求，因因此需要选选用足够大大的隔震支支座。根据据计算得到到的支座的的竖向承载力力需求，本工程选选择LRB500、LRB600、LRB800、LRB900、LRB1000、LRB1200五种支座，，隔震支座座的布置如如下图所示，46隔震设计案案例——隔震周期采用隔震方方案后，一一阶振型为为结构y向平动，二二阶振型为为x向平动，三三阶振型为为结构扭转转，一阶周周期由原来来的0.64s延长为2.03s，延长到2倍以上振型周期（s）隔震前隔震后10.6394472.03212420.635662.02953330.5449681.77756340.1790310.30260750.1775820.29826660.1541150.26038370.1314970.14629180.1292140.14360590.1254410.133357100.124380.132709110.1208930.127875120.1204180.12758647隔震设计案案例——地震动选取取《建筑抗震设设计规范》（GB50011-2001）规定，采采用时程分分析法时，，应按建筑筑场地类别别和设计地地震分组选选用不少于于二组的实实际强震记记录和一组组人工模拟拟的加速度度时程。本本工程选用用El-centro波、Taft波两条强震震记录和一一条人工模模拟地震动动。根据规规范5.1.2规定，遭遇遇偶遇地震震时，时程程分析时所所用地震动动加速度时时程最大值值为200gal，偏于安全全并保证与与反应谱的的一致性，，实际调幅幅达到240gal，调幅后的的时程曲线线如图48隔震设计案案例——地震动选取取《建筑抗震设计计规范》（GB50011-2001）规定，当结结构采用三维维空间模型等等需要双向地地震动（两个个水平向）或或三向地震动动（两个水平平向一个竖向向）输入时，，其加速度最最大值通常按按1:0.85:0.65取值49隔震设计案例例——基底剪力时程程结果采用隔震可以以大幅度降低低基底剪力，，保证上部结结构安全50隔震设计案例例——水平减震系数数减震系数基底反力EL-Centro波人工波Taft波平均值中震非隔震结构最大值（kN）392462933530465734343545—隔震结构最大值(kN)5049557100806335805156—减震系数0.1290.2860.1690.194大震非隔震结构最大值（kN）784925865914971254949671—隔震结构最大值(kN)17328828207030919786449—减震系数0.2210.3500.1780.250按规范规定采采用设防地震震动即中震值值作为水平向向减震系数，，考虑足够的的安全储备，，水平向减震震系数取最大大值0.35。上部结构水水平地震作用用可以降低一一度按照抗震震设防烈度7度（0.10g）进行设计。。51隔震设计案例例——分析模型隔震支座通过过面压控制，，通常控制在在6~8Mpa，本例中最大大面压为9.8Mpa52隔震设计案例例——支座性能需求求隔震支座承载载力需求竖向最大承载力需求（kN）水平最大承载力需求（kN）LRB500976.8249.3LRB6002143.0457.0LRB8004327.5657.4LRB9005633.1705.4LRB10007539.5828.4LRB120011104.4828.5位置隔震支座最大水平位移(mm)位移限值（mm）ELNSHAEWTANS平均值LRB500172.4203.598.3158.1275LRB600166.7198.395.7153.6330LRB800166.1209.6101.3159.0440LRB900154.9198.795.8149.8495LRB1000166.3209.4101.2159.0549LRB1200165.6209.0101.0158.5660隔震支座变形形需求53隔震设计案例例——风荷载验算54隔震设计案例例——风荷载验算支座类型屈服力Qd（kN