建筑隔震结构设计

隔震结构设计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4.隔震设计软件5.设计案例3隔震基本原理结构自振周期增加，加速度反应减小，位移反应增大结构阻尼增加，加速度反应减小，位移反应减小4隔震基本原理隔震建筑更适宜建造在坚硬的场地上

隔震结构的设计需要在减小加速度响应和增大位移响应之间找到最佳的平衡点，并考虑不同场地作用的影响。5相关规范建筑结构荷载规范GB50009-2012混凝土结构设计规范GB50010-2010建筑抗震设计规范GB50011-2010建筑抗震设防分类标注GB50223-2008橡胶支座第三部分：建筑隔震橡胶支座GB/T200688.3-2006建筑工程抗震性态设计通则（试用）CECS160:2004叠层橡胶支座隔震技术规程CECS126:2001叠层橡胶支座基础隔震建筑构造图集DBJT25-99-2003

建筑结构隔震构造详图03SG610-16抗震设计规范——隔震与消能减震设计7抗震设计规范——隔震与消能减震设计8抗震设计规范——隔震与消能减震设计9抗震设计规范——隔震与消能减震设计10抗震设计规范——隔震与消能减震设计普通橡胶支座徐变曲线徐变量0.26%11抗震震设设计计规规范范———隔震震与与消消能能减减震震设设计计12抗震震设设计计规规范范———隔震震与与消消能能减减震震设设计计13抗震震设设计计规规范范———隔震震与与消消能能减减震震设设计计抗震震设设计计规规范范（（01版））：：当当隔隔震震支支座座直直径径较较大大（（如如600mm）时可采用剪剪切变形100%时的等效刚度度和等效粘滞滞阻尼比14抗震设计规范范——隔震与消能减减震设计15抗震设计规范范——隔震与消能减减震设计16抗震设计规范范——隔震与消能减减震设计17抗震设计规范范——隔震与消能减减震设计18抗震设计规范范——隔震与消能减减震设计19抗震设计规范范——隔震与消能减减震设计20抗震设计规范范——隔震与消能减减震设计21抗震设计规范范——隔震与消能减减震设计22设计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是否传统抗震设计计方法，PKPM确定隔震支座座参数，布置置方案，附加加阻尼器等采用SAP2000、Etabs、Midas等软件，根据据上部结构和和隔震层参数数，进行动力力分析，验证证方案是否满满足预期的设设计要求传统抗震设计计方法，PKPM传统抗震设计计方法，PKPM隔震目标根据建筑功能能、场地条件件、经济性等等初步确定隔隔震目标23隔震目标确定定1）隔震建筑的的经济性：采用隔震技技术，增加了了隔震支座费费用、隔震构构造措施费用用，但减小了了梁柱断面，，节约了钢材材和混凝土用用量。根据工工程经验，对对于高烈度区区，采用隔震震技术经济性性十分明显，，上部结构设设计方案比较较合理，一般般能节约3%～20%。2）隔震建筑的的高效性：当地抗震设设防烈度较高高，场地条件件好、上部结结构规则、质质量和刚度分分布均匀（包包括平面和立立面），可以以初步确定上上部结构水平平地震作用按按降低一度半半考虑，对应应水平向减震震系数。3）隔震结构的的可靠性：隔震建筑的的设防目标一一般应高于非非隔震建筑。。通过合理的的隔震设计，，建筑的设防防目标可以达达到“小震不不坏、中震不不坏或轻微破破坏、大震不不丧失使用功功能或可修””，有时甚至至超过此目标标，实现基于于性能的设计计思想。24结构初步设计计1）上部结构设设计根据降低后的水平平地震影响系系数计算2）国外大量实实践验证，隔隔震技术对与与自振周期超超过1s的高层结构同同样适用，故故2010版《抗规》取消了2001版结构周期小小于1s的限制。隔震震建筑结构体体型宜规则、对称。3）高层建筑一一般会采用剪剪力墙结构、、框剪结构或或者框架结构构，在开始定定方案时，应应注意结构的的高宽比不宜过大，一一般控制在3以内比较好，，不宜超过4。对高宽比大大的结构，需需进行整体倾倾覆验算，防防止支座压屈屈或出现拉应应力超过1MPa。高宽比超过过4，需要做超限限审查。4）采用隔震技技术，上部结结构剪重比依依然要满足本本地区设防烈烈度的最小剪重比要求。5）建筑场地宜宜为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，并应选用用稳定性较好好的基础类型型。25隔震方案——隔震层1）隔震层层高：对于没有地地下室的建筑筑，需要增加加一层作为隔隔震层，这一一层层高不宜宜太高，一般般梁底到地面面的净高不应应小于600mm，建议不小于800mm。这一要求主主要是为了便便于日后的隔隔震层维护和和检修。2）隔震层位置：基础隔震，，隔震层位于于地下室顶部部或单独设置置隔震层；柱柱顶隔震，隔隔震层布置在在一层柱顶；；层间隔震3）特殊结构如如大底盘多塔塔结构，其柱柱距较大，为为不影响大底底盘层的使用用功能，可在在上部结构与与大底盘层之之间，专门设设置层高1.5m～2.0m的隔震层。26隔震方案——隔震支座叠层橡胶支座座（天然、铅铅芯、高阻尼尼）摩擦摆支座弹性滑动支座座滚珠支座27隔震方案——支座布置1）同一隔震层层内，各个橡橡胶隔震支座座的竖向压应力宜宜均匀，且竖向平均均应力不应超超过丙类建筑筑的限值15MPa。2）铅芯隔震支支座尽可能能布置在周周边，天然橡胶胶支座布置置在中央3）支座布置置：一柱一一支座，多多柱一支座座，墙下支支座4）下部结构构方案：独独立柱，柱柱加拉梁，，柱加短肢肢剪力墙5）《叠层橡胶支支座隔震技技术规程》（CECS126:2001）：隔震层层总受压承承载力设计计值应大于于上部结构构总重力代代表值的1.1倍。每个隔隔震支座的的受压承载载力设计值值应大于上上部结构传传递到隔震震支座的重重力代表值值。需要考考虑竖向地地震作用时时，上部结结构传递到到隔震支座座的重力代代表值，8度和9度时可分别别取上部结结构重力代代表值的20%和40%。6）《抗规》（GB50011-2010）平均压应应力设计值值应按永久久荷载和可可变荷载的的组合，对对需验算倾倾覆的结构构应包括水水平地震作作用效应组组合；对需需要进行竖竖向地震作作用计算的的结构，尚尚应包括竖竖向地震作作用效应的的组合。28隔震设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值值远小于假设设值不满足满足隔震分析报告假设一个减减震系数进进行上部结结构设计布置隔震层层，形成隔隔震结构时程分析，，得到水平平减震系数数支座轴力、、剪力、变变形验算连接细部设设计形成分析报报告，供其其他部分设设计参考29隔震构造——隔震层30隔震构造——隔震层31隔震构造——立管32隔震构造——立管33隔震构造——水平管34隔震构造——水平管35隔震构造——电缆、电线线36隔震设计软软件总体上分为为两类：1）隔震支座座与上部结结构同时分分析计算，，不需要考考虑“水平平向减震系系数”，如如MIDAS2)上部结构和和隔震层分分开设计，，先按隔震震结构进行行动力分析析，得到““水平向减减震系数””，再用常常用结构分分析软件进进行设计。。如Sap2000、Etabs等。37隔震设计软软件——Sap2000通用结构有有限元分析析与设计软软件SAP2000软件具有集集成化图形形用户界面面，丰富的的模板供用用户高效、、准确地建建立有限元元分析模型型。SAP2000软件具有框架单元、索单元、、板单元、、壳单元、平面单元元、实体单单元、连接单元、铰单元等等单元，提提供线性和和非线性、静力和动力分析，可以进行行静力分析析、振型分分析、反应应谱分析、、时程分析、屈曲分析析、移动荷荷载分析、、稳态分析析、功能谱谱密度分析析、静力Pushover分析、施工工顺序加载载分析等.同时SAP2000是通用有限限元分析与与设计软件件，适用于于桥梁、工工业建筑、、输电塔、、设备基础础、电力设设施、索膜膜结构、运运动场所、、演出场所所等特种结结构。38隔震设计软软件——橡胶隔震单单元有效刚度：：即隔震支支座的等效效刚度，可可用于计算算自振周期期刚度：隔震震支座初始始刚度，抵抵抗风荷载载39隔震设计软软件——摩擦隔震单单元剪切变形与与摩擦塑性性耦合，具具有在剪切切方向上沿沿滑移后的的滑移后刚刚度，在轴轴向上具有有缝行为，，对于弯矩矩具有线性性有效刚度度40隔震设计软软件——摩擦隔震单单元在剪切自由由度上具有有和摩擦摆摆隔震类似似的行为，，在轴向上上具有缝与与钩的行为为，不仅可可以受拉也也可以受压压，在三个个弯矩变形形上也具有有非线性行行为41隔震设计软软件——Sap200042隔震设计软软件——Sap200043隔震设计案案例——某变电站工工程第一章：工工程概况1.1工程简介1.2抗震设防要要求1.3场地条件1.4本报告拟达达到目的1.5分析计算依依据第二章：结结构分析软软件及分析析模型2.1分析软件2.2建模策略2.3重力荷载输输入第三章：隔隔震方案分分析3.1隔震支座的的平面布置置及参数3.3隔震结构周周期3.4隔震分析地地震波3.5时程分析结结果3.6水平向减震震系数确定定3.7结构隔震情情况下支座座承载力需需求3.8结构隔震情情况下支座座变形需求求3.9隔震连接方方案结论第四章：隔隔震支座连连接验算与与初步设计计4.1隔震层竖向向承载力验验算4.2隔震层变形形能力验算算4.3隔震支座水水平屈服荷荷载验算4.4隔震支座在在罕遇地震震下的拉应应力验算4.5隔震层构造造要求第五章：附附录附录1加速度、位位移时程分分析结果附录2隔震结构时时程分析支支座内力包包络图附录3隔震结构支支座内力组组合44隔震设计案案例——工程概况1.1工程简介介本工程为为现浇钢钢筋混凝凝土框架架结构，，地上6层，建筑筑物高度度(室外地面面至主要要屋面板板的板顶顶)23.8m,采用层间间隔震方方案，隔震层设设置在一一层柱顶顶。1.2抗震设防防要求按《建筑筑抗震设设计规范范》（GB50011-2010），该地区地震震基本烈烈度为8度，设计计基本地地震加速速度值为为0.20g。本工程程按照抗抗震规范范设防地地震加速速度0.2g地区进行行设计,小震、中中震和大大震下地地面加速速度峰值值（PGA）分别为为0.10g、0.20g和0.4g，相应的的结构响响应加速速度为0.16g、0.53g和0.90g。1.3场地条件件本工程拟拟建站址址属于对对建筑抗抗震一般般地段，，地面20m深度范围围内场地地土的类类型以中中软土为为主，且且覆盖层层厚度大大于50m，建筑筑场地地类别别划分分为ⅢⅢ类，，设计计地震震分组组为第第二组组。特特征周周期，多遇遇地震震下，，地地震影影响系系数，罕遇遇地震震下，，地震震影响响系数数。1.4本报告告拟达达到目目的确定合合理的的隔震震层参参数，，达到70%减震效效果，并保保证上上部结结构与与支座座的连连接安安全性性。45隔震设设计案案例——分析模模型在隔震震层的的设计计中，，隔震震支座座的选选用必必须满满足规规范对面压压限值值的要求求，因因此需需要选选用足足够大大的隔隔震支支座。。根据据计算算得到到的支支座的的竖向承承载力力需求求，本工工程选选择LRB500、LRB600、LRB800、LRB900、LRB1000、LRB1200五种支支座，，隔震震支座座的布布置如如下图所示示，46隔震设设计案案例——隔震周周期采用隔隔震方方案后后，一一阶振振型为为结构构y向平动动，二二阶振振型为为x向平动动，三三阶振振型为为结构构扭转转，一一阶周周期由由原来来的0.64s延长为为2.03s，延长长到2倍以上上振型周期（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隔震设设计案案例——地震动动选取取《建筑抗抗震设设计规规范》（GB50011-2001）规定定，采采用时时程分分析法法时，，应按按建筑筑场地地类别别和设设计地地震分分组选选用不不少于于二组组的实实际强强震记记录和和一组组人工工模拟拟的加加速度度时程程。本本工程程选用用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《建筑抗震设设计规范》（GB50011-2001）规定，当当结构采用用三维空间间模型等需需要双向地地震动（两两个水平向向）或三向向地震动（（两个水平平向一个竖竖向）输入入时，其加加速度最大大值通常按按1:0.85:0.65取值49隔震设计案案例——基底剪力时时程结果采用隔震可可以大幅度度降低基底底剪力，保保证上部结结构安全50隔震设计案案例——水平减震系系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按规范规定定采用设防防地震动即即中震值作作为水平向向减震系数数，考虑足足够的安全全储备，水水平向减震震系数取最最大值0.35。上部结构构水平地震震作用可以以降低一度度按照抗震震设防烈度度7度（0.10g）进行设计计。51隔震设计案案例——分析模型隔震支座通通过面压控控制，通常常控制在6~8Mpa，本例中最最大面压为为9.8Mpa52隔震设计案案例——支座性能需需求隔震支座承承载力需求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隔震支座变变形需求53隔震设计案案例——风荷载验算算54隔震设计案案例——风荷载验算算支座类型屈服力Qd（kN）数量水平屈服荷载(kN)总和（KN）LRB5005384245400.2LRB60079.12158.2LRB800128.26769.2LRB900147.16882.6