隔震结构设计方法

隔震结构设计方法隔震结构设计流程方案选定动力分析计算上部结构设计隔震层设计下部结构设计基础和地基从建筑功能、场地条件、经济性等方面，选择是否采用隔震，并初步确定隔震结构的方案。设定上部结构和隔震层参数，取计算模型，进行动力分析，验证以上方案是否满足预期的设计要求，不满足，则调整上部结构或隔震层参数，重新计算。按传统抗震的设计方法分析计算上部结构，但水平地震作用取隔震后的数值，且部分抗震构造也相应变化。隔震装置在罕遇地震下的验算，隔震装置与上下结构之间的连接分析及设计，建筑构造处理等。按传统抗震的设计方法分析计算下部结构。按传统抗震的设计方法分析计算基础及地基。第一步方案选择1.1适用范围建筑功能：可用于对抗震安全性和使用功能有较高要求或专门要求的建筑。场地条件：自振周期较小，地基土坚硬。经济型：采用隔震技术，增加了隔震支座费用、隔震构造措施费用，但减小了梁柱断面，节约了钢材和混凝土用量。根据工程经验，对于高烈度区，采用隔震技术经济性十分明显，上部结构设计方案比较合理，一般能节约3%～20%。1.2结构初步设计上部结构设计根据降低后的水平地震影响系数计算国外大量实践验证，隔震技术对与自振周期超过1s的高层结构同样适用，故2010版《抗规》取消了2001版结构周期小于1s的限制。隔震建筑结构体型宜规则、对称。高层建筑一般会采用剪力墙结构、框剪结构或者框架结构，在开始定方案时，应注意结构的高宽比不宜过大，一般控制在3以内比较好，不宜超过4。对高宽比大的结构，需进行整体倾覆验算，防止支座压屈或出现拉应力超过1MPa。高宽比超过4，需要做超限审查。采用隔震技术，上部结构剪重比依然要满足本地区设防烈度的最小剪重比要求。建筑场地宜为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，并应选用稳定性较好的基础类型。1.3隔震层方案隔震层层高：对于没有地下室的建筑，需要增加一层作为隔震层，这一层层高不宜太高，一般梁底到地面的净高不应小于600mm，建议不小于800mm。这一要求主要是为了便于日后的隔震层维护和检修。隔震层位置：基础隔震，隔震层位于地下室顶部或单独设置隔震层；柱顶隔震，隔震层布置在一层柱顶；层间隔震特殊结构如大底盘多塔结构，其柱距较大，为不影响大底盘层的使用功能，可在上部结构与大底盘层之间，专门设置层高1.5m～2.0m的隔震层。采用隔震技术，上部结构剪重比依然要满足本地区设防烈度的最小剪重比要求。基底隔震首层隔震层间隔震1.3隔震层方案隔震层设置在有耐火要求的使用空间中时，隔震支座和其他部件应根据使用空间的耐火等级采取相应的防火措施。隔震层所形成的缝隙可根据使用功能要求，采用柔性材料封堵、填塞。隔震层宜留有便于观测和更换隔震支座的空间。第二步动力分析及计算2.1动力分析及计算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远小于假设值满足布置隔震层，形成隔震结构时程分析，得到水平减震系数支座轴力、剪力、变形验算连接细部设计假设一个减震系数进行上部结构设计隔震分析报告形成分析报告，供其他部分设计参考不满足2.2布置隔震层先按上部荷载大小选择隔震支座直径和型号；再按型号选择水平向参数，进行动力分析，验证是否满足减震目标。隔震支座的承载力与建筑重要性分类有关。上部荷载类型和大小要考虑减震系数，建筑物高宽比。方法：要求：竖向能承担上部的荷载；水平向达到减震目标2.3输入入地地震震波波地震震波波对对动动力力时时程程分分析析的的结结果果影影响响很很大大。。地震震波波至至少少选选择择地地震震波波至至少少选选择择2条天天然然波波，，1条人人工工波波。。具体体波波形形没没有有强强制制要要求求，，但但建建议议按按通通则则的的具具体体波波形形没没有有强强制制要要求求，，但但建建议议按按通通则则的的。。地震震波波的的加加速速度度峰峰值值应应按按抗抗震震设设防防烈烈度度对对应应的的峰峰值值调调整整。。当处处于于发发震震断断层层10km以内内时时，，输输入入地地震震波波应应考考虑虑近近场场影影响响系系数数，，5km以内内取取1.5，5km以外外取取1.25。2.4动力力分分析析模模型型隔震震结结构构比比较较规规则则，，框框架架或或砖砖混混结结构构，，可可采采用用层层剪剪切切模模型型，，隔隔震震层层采采用用等等效效线线性性模模型型。。隔震震模模型型是是在在不不隔隔震震模模型型上上，，增增加加一一个个质质点点。。不不隔隔震震模模型型取取的的是是假假设设隔隔震震后后的的结结构构尺尺寸寸。。除隔震层外外的上部各各层质量可可用PKPM的结果，对对框架结构构，上部结结构各层刚刚度可用软软件求得，，即D值法，上部部结构阻尼尼比钢筋混混凝土结构构取0.050.05隔震层质量量是一层的的柱，墙的的一半加隔隔震层顶部部楼板；隔隔震层刚度度和阻尼比比分别取：：隔震结构计计算简图2.5水平向减震震系数水平向减震震系数应根根据结构隔隔震与非隔隔震两种情情况下各层层水平向向层间剪力力的最大比比值，按表表层间剪剪力的最大大比值，按按表1确定（抗震震规范确确定（抗震震规范12.2.5，1款）。结构的层间间剪力代表表了水平地地震作用的的取值和分分布，用隔隔震时结构构的层间剪剪力与不隔隔震时结构构的层间剪剪力进行比比较，就可可以定量说说明隔震后后上部结构构水平地震震作用降低低的情况。。表1层间剪力最最大比值与与水平向减减震系数的的对应关系系层间剪力最大比值0.530.350.260.18水平向减震系数0.750.500.380.252.6隔震后的水水平地震影影响系数最最大值第三步隔隔震层设计计3.1隔震支座的的参数应进行竖向向承载力的的计算，在在重力荷载载代表值作作用下的竖竖向压应力力不应超过过规范限制制。对设防烈度度地震的验验算，应取取剪切变形形100%的等效刚度度和等效黏黏滞阻尼比比；对罕遇遇地震验算算，宜采用用剪切变形形250%时的等效刚刚度和等效效黏滞阻尼尼比，当隔隔震支座直直径较大时时可采用剪剪切变形100%时的等效刚刚度和等效效黏滞阻尼尼比。当采用时程程分析时，，应以实验验所得滞回回曲线作为为计算依据据。3.2隔震支座的的水平剪力力3.1隔震支座的的位移改变地震波波峰值为罕罕遇地震，，先求得隔隔震层位移移。再按照规则则结构的简简化方法，，求得各隔隔震支座的的位移。判断隔震支支座位移是是否满足：：隔震支座罕罕遇地震下下的拉应力力验算。隔震层的支支座的设计计原则是罕罕遇地震下下不破坏，，且不应出出现不可恢恢复的变形形。第四步下部结构设设计4.1隔震层下部部结构设计计隔震层支墩墩、支柱及及相连构件件：采用隔隔震结构罕罕遇地震下下隔震支座座底部的承承载力验算算。隔震层以下下的结构（（包括地下下室和隔震震塔楼下的的底盘）中中直接支承承隔震层以以上结构的的相关构件件，应满足足嵌固的刚刚度比和隔隔震后设防防地震的抗抗震承载力力要求，并并按罕遇地地震下进行行抗剪承载载力验算。。目标：保证隔震设设计能在罕罕遇地震下下发挥隔震震效果。第五步基础和地基基4.1隔震层下部部结构设计计砌体房屋；；地基主要受受力层范围围内不存在在软弱粘性性土层（指指7度、8度和9度时，地基基承载力特特征值分别别小于80、100和120kPa的土层）的的下列建筑筑：不超过8层且高度在在25m以下的一般般民用框架架房屋；基础荷载与与上述民用用建筑框架架相当的多多层框架厂厂房。隔震建筑地地基基础的的抗震验算算和地基处处理仍应按按本地区抗抗震设防烈烈度进行，，甲、乙类类建筑的抗抗液化措施施应按提高高一个液化化等级确定定，直至全全部消除液液化沉陷。。下列隔震建建筑可不进进行天然地地基及基础础的抗震承承载力验算算：4.1隔震层下部部结构设计计规范规定可可不进行上上部结构抗抗震验算的的建筑。需需进行地基基基础抗震震验算和地地基处理的的隔震结构构，按多遇遇地震下的的地震作用用进行基础础及地基承承载力的验验算。当下下部结构或或地基基础础需要考虑虑竖向地震震作用时，，也按多遇遇地震下下结构承受受的竖向地地震作用进进行验算。。隔震建建筑承担地地基不均匀匀沉降的能能力较弱，，而地震时时，当地基基为液化土土时，又极极易产生不不均匀沉降降，因此此，隔震建建筑地基必必须采取抗抗液化措施施。采取抗抗液化措施施前先对地地基进行地地基的液化化判别，，根据液化化等级和地地基情况采采用取不同同措施。目目前地基抗抗液化的方方法有：置置换法、灌灌浆法、深深层搅拌、、降低水位位法、振冲冲水冲法、、强力夯实实法、深层层挤密法、、砂井预压压法，等等等。对甲、、乙类建筑筑的液化化判别和抗抗液化措施施应按提高高一个液化化等级确定定，直至全全部消除液液化沉。第六步隔隔震器连连接4.1隔震器的连连接4.1隔震器的连连接4.2隔震器及连连接件受力力剪力按各支支座的水平平刚度分配配。轴力为上部部结构的柱柱底或墙底底轴力。弯矩：第七步隔隔震建筑筑的构造5.1隔震建筑的的构造穿越隔震层层的门廊、、楼梯、电电梯、车道道等部位，，应防止可可能的碰撞撞上部结构的的周边应