高档别墅基础隔震设计报告书

PAGE17某高档别墅基础础础隔震设设计报报告书SeismicccIssollatiionnReepoortoffaHigghh-cllasssCCotttagge姓名：陈贻辉学号：113006648专业：防防灾灾减灾工工程及及防护工工程2012年1月月月5日某高档别墅基础础础隔震设设计报报告1、工程概况及及及隔震设计计目目标本工程为某高档档档别墅，两两层层框架结结构，层层高均为4.2米，建筑筑总总高度为8.4米，工程程设设计为7度抗震设设防防，三级级框架架，II类场地，设设设计地震震分组组第一组组，设设计基本本地震震加速度度值0.100g，执行《建建建筑抗震震设计计规范》（GB5000011--20010），反应应谱谱特征周周期0.400s。考虑到到建建筑设计计可能能行及性性价比比，拟采采用隔隔震技术术，期期望通过过采用用隔震措措施，降降低房屋屋的地地震作用用。根根据甲方方要求求，综合合考虑虑到隔震震效果果和技术术措施施实施的的可行行、可靠靠、安安全等因因素，减减震效果果期望望降低1度，将该该房房屋抗震震设防防烈度提提升至至8度。本工程采用ETTTABS软件进行行分分析。ETABBS是一个建建筑筑结构分分析与与设计的的集成成化环境境，是是美国乃乃至全全球公认认的高高层结构构计算算程序，是是房房屋建筑筑结构构分析与与设计计软件的的业界界标准，其其前前后处理理十分分方便。图1是原结构在在EETABSS中的3D模型。图1原结构ETABBS中的结构3D模型2、原结构在EEETABSS软件中的的基基本信息息表1集中楼楼楼层质量（单位：t）楼层STORY2STORY1BASETotals质量794.2950.218.661763表2模态与与与周期（单位：s）振型振型1振型2振型3周期（s）0.6049000（X向）0.6037777（Y向）0.5509111（扭转）3、隔震支座的的的初步选取取图2地震影影影响系数曲曲线线已知场地特征周周周期Tg=00..40s，结构第第一一自振周周期T1=0.66004900s，由上图图可可见，T1落在反应应谱谱的下降降段上上。要达达到把把8度降低到7度的目标标，可可以通过过延长长结构周周期来来实现，即即在在8度下使隔隔震震结构的的地震震影响系系数原原结构在8度下地震震影影响系数数的27%—40%，这里首首先先取减震震系数数为30%，则有式中，Tisooo为隔震后后的的结构周周期。由由此可得得。隔震后，由于在在在底部增增加了了一层楼楼板（如如图3所示），故故故上部结结构总总质量会会有所所增加，通通过过ETABBS可以查得得，隔隔震后总总质量量m=241177t。图3隔震震震后结构增增加加了一层层楼板板表3给出了隔震震结结构的楼层层层集中质质量信信息。表3隔震震震结构的楼楼层层集中质质量（单单位：t）楼层STORY2STORY1BASETotals质量794.2950.2672.92417可将上部结构视视视为刚体体，用用公式来近近似似表示隔隔震后后结构的的周期期，由此此可得得隔震层层的水水平刚度度==17.94442KN//mmm本隔震设计拟采采采用天然然橡胶胶支座（NRB），不考考虑虑其附加加的阻阻尼作用用。该该框架共共有16根柱子，假假假设每根根柱子子下面布布置一一个NRB，则单个个支支座的水水平刚刚度为假设结构自重由由由所有柱柱子均均匀承担担，则则每根柱柱子所所受压力力为N1=2441170/1166KN=15100.625KNN。根据先前前预预计，隔隔震后后的结构构在8度罕遇地地震震（）下的的地地震影响响系数数将变为为.由此可以以估估算隔震震层的的水平位位移为为隔震层水平刚度度度和位移是选选择择橡胶支支座（NRB）的重要要依依据。但同同时时也应注注意到到，隔震震设计计是在尽尽可能能小的水水平刚刚度和可可接受受的水平平位移移之间寻寻求平平衡点。因因此此，支座座的选选取往往往不是是一次就就能成成功的，而而是是需要经经过多多次试算算，反反复比较较。经试算，选用无无无锡圣丰丰建筑筑新材料料有限限公司生生产的的FUYO天然橡胶胶支支座G4SS22=5系列产品NRB88000，其力学学性性能参数数如下下表所示示。表4NRBBB800橡胶支座座的的力学性性能型号Dp(mm)基准面压（MPa）长期荷载（KN）Kv（Kn/mm）100%性能KKKh（KN/mmm）NRB8004015752135171.238该支座的各项指指指标均能能够满满足预先先估计计的水平平刚度度、变形形量以以及竖向向承载载的要求求。在每根柱柱子子下布置置一个个橡胶支支座NRB88000，如图4所示。在ETABBS中叠层橡橡胶胶支座可可用线线性弹簧簧来模模拟，并并且不不考虑其其提供供的附加加阻尼尼。图4叠层层层橡胶支座座的的布置（XJD表示橡胶胶支支座）地震波的选取接下来需要进行行行时程分分析，以以验证隔隔震结结构确实实能够够达到预预期的的减震效效果。选选择地震震波要要综合考考虑峰峰值加速速度、频频谱特性性、持持续时间间三个个要素，使使之之尽量与与建筑筑场地相相符合合。本工工程采采用已经经给定定的三条条归一一化地震震波AW1、AW2、E186（图5、6、7），峰值值加加速度下下表确确定。表5地震峰峰峰值加速度度（）烈度小震中震大震7度351102208度70210400图5AWWW1（间隔0.022s）图6AWW1（间隔0.022s）图7地震震震记录E186（间隔0.00055s）由表2可以看出出，结结构的第第一周期期与第第二周期期十分分接近，说说明明结构是是很规规则的。因因此此，为了了简化化起见，本本工工程可以以仅考考虑X方向的地地震震作用。隔震效果分析隔震后结构第一一一、二振振型的的的周期期均为为2.25522s，达到了了延延长周期期的目目的。5.1减震系数数数的确定定定义减震系数式中，—减震系系系数；VVV2—隔震结构构在8度下的层层间间剪力；；VVV1—非隔震结结构构在8度下的层层间间剪力。是反映隔震效果果果的重要要指标标。表6列出了8度大、中中、小小震下非非隔震震结构与与隔震震结构层层间剪剪力的对对比。表6888度大、中中、小小震下非非隔震震结构与与隔震震结构层层间剪剪力比较较（KKN）地震水准楼层号地震波非隔震结构V111最大值V1maaax隔震结构V2最大值V2maaax减震系数β=V2maxx/VV1maxx8度小震STORY2AW111831183319.2319.226.98%AW21115272.9E1861029182.5STORY1AW118151815661.4661.436.44%AW21686576.9E1861166352.78度中震STORY2AW135493549957.6957.626.98%AW23346818.7E1863087547.6STORY1AW1544654461984198436.43%AW250591731E186349910588度大震STORY2AW1676167611824182426.98%AW26373156018658801043STORY1AW110370103703779377936.44%AW29636329718666652015根据我国《建筑筑筑抗震设设计规规范》，隔隔震震后上部部结构构的设防防烈度度可以降降低，水平平向减震系系数与隔震震后结构水水平地震作作用所对应应烈度的分分档见表7。表7水平向减震震系系数与隔震震震后结构构水平平地震作作用所所对应烈烈度的的分档基本设防烈度隔震后可可可降低到到的烈烈度0.53≥β≥≥≥0.4000.40>β>>>0.227β≤0.278（0.20gg）7（0.15gg）7（0.10gg）7（0.10gg）取8度中震第一一层层（STORRYY1）的减震震系系数作为为结构构的整体体减震震系数，即即。由由表7可知，0.400>β>0.227，因此上上部部结构按7度设计即即可可达到8度的设防防目目标。5.2隔震前后后后层间位位移角角的比较较表8888度大、中中、小小震下非非隔震震结构与与隔震震结构层层间位位移角比比较（raad）地震水准楼层号地震波非隔震结构θ111隔震结构θ2减少率（θ1-θ2）/θ18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%E1861/2871/152281.14%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可以看出出，88度大、中中、小小地震下下隔震震结构比比非隔隔震结构构的层层间位移移角有有显著的的减小小。传统统的非非隔震结结构在在大震下下层间间位移角角很大大，这样样即使使结构不不倒塌塌，震后后也会会因器物物、装装修严重重损坏坏而使房房屋无无法继续续使用用；而隔隔震后后不仅能能保证证结构在在大震震下的安安全，而而且能保保证结结构的使使用性性能不受受到大大的影响响，如如室内器器物、装装修基本本不损损坏。5.3隔震结构构构在8度下与非非隔隔震结构构在7度下的层层间间剪力比比较隔震后，上部结结结构只需需按7度（0.100g）即可。为为为了更好好地了了解隔震震结构构的性能能，我我们可以以将隔隔震结构构在8度下的层层间间剪力与与非隔隔震结构构在7度下的层层间间剪力进进行比比较，见见表9。表9隔震结结结构在8度下与非非隔隔震结构构在7度下的层层间间剪力比比较地震水准楼层号非隔震结构7度度度下层间剪力最大值值VV1（KN）隔震结构8度下下下层间剪力最大值值值V2（KN）层间剪力减少比比率率X向(V2-V1))//V1小震STORY2591.6319.246.04%STORY1907.7661.427.13%中震STORY21859957.648.49%STORY12853198430.46%大震STORY23718182450.94%STOR76%由表9可见，隔隔震结结构在8度下的层层间间剪力比比非隔隔震结构构在7度下的层层间间剪力还还要小小得多。这这更更加说明明了，采采取隔震震措施施后，上上部结结构按7度设计完完全全可以达达到8度的设防防目目标，而而且还还有一定定的余余量，结结构的的实际抗抗震能能力比8度还要强强。5.4隔震层水水水平位移移的验验算隔震后的上部结结结构即使使在大大震作用用下其其层间位位移角角也比较较小。因因此，将将第一一层（STORRYY1）顶部刚刚性性隔板质质心的的位移当当做隔隔震层的的位移移对于隔隔震的的橡胶支支座来来说是偏偏于安安全的。下下面面列出了ETABBS软件输出出的8度中震、大大大震下第第一层层（STORRYY1）顶部刚刚性性隔板质质心X方向的最最大大位移，亦亦即即隔震层层的水水平位移Ux。表10隔震震震结构在8度中震、大大大震下隔隔震层层X向最大水水平平位移Ux近似值地震水准地震波隔震层层层位移Ux((mmm)中震AW114333.933588AW212444.111311E18673...46668大震AW127444.166344AW223666.400599E18613999.933677由表10可以看看出，88度大震下下隔隔震层的的最大大位移为274..116344mmm，小于叠层层橡胶支座座的最大大容许许水平位位移800555%=4400mmm，因此此是是符合要要求的的，并且且还有有一定的的富余余量。5.5橡胶支座座座压应力力和拉拉应力验验算橡胶支座的压应应应力限值值是保保证隔震震层在在罕遇地地震作作用下强强度和和稳定的的重要要指标。《建建筑抗震规范范》规定，橡橡胶隔震支座座在永久荷载载和可变荷载载作用下组合合的竖向平均均压应力设计计值，不应超超过表11的规定，且且在罕遇地震震作用下不宜宜出现拉应力力。表11支座平均均压压应力限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值值（MPa）101215从软件分析结果果果中可以以查出出，在永永久荷荷载下和和可变变荷载下下（本本例暂未未考虑虑风荷载载），一一根柱子子最大大轴力标标准值值分别为为N11=199811.566KNN，N2=44997.226KKN。因此，，平均压压压应力为为，该该建筑为为丙类类建筑，支支座座平均压压应力力限值为15MPPa，符合要要求求。通过比较可以888度AW1罕遇地震震下下，柱子子的轴轴力取得得最大大值，最最大拉拉力为359..44KN，和永久久荷荷载下的的轴力力相比此此值甚甚小，因因此在在罕遇地地震作作用下支支座不不会出现现拉应应力。6结论通过隔震，可以以以达到将将地震震作用降降低1度的效果果，即即上部结结构按按7度设计可可以以实现8度的抗震震设设防目标标。7对隔震的思考考考与体会我国是世界上遭遭遭受地震震灾害害最为严严重的的国家之之一，近近年来发发生的的汶川地地震、玉玉树地震震给我我国带来来了巨巨大的经经济损损失和人人员伤伤亡。每每当大大地震发发生时时，我们们就会会想：如如果在在建造这这些建建筑物的的时候候能把它它与地地面的连连接切切断的话话，那那么就不不会遭遭受这么么大的的伤害了了。基基础隔震震正是是基于这这种构构想。传统的抗震结构构构体系实实质上上是把结结构本本身（柱柱、梁梁、节点点）作作为耗能能构件件。按传传统抗抗震设计计方法法，容许许结构构本身及及构件件在地震震中出出现不同同程度度的损坏坏。由由于地震震动的的随机性性和结结构实际际抗震震能力设设计计计算的误误差性性，结构构在地地震中的的损坏坏程度难难以控控制，特特别是是出现超超过设设防烈度度的强强震时，结结构构就更加加难以以确保安安全。所谓基础隔震就就就是在建建筑物物的基础础与上上部结构构之间间嵌入隔隔震装装置（如如叠层层橡胶支支座、铅铅芯橡胶胶支座座以及阻阻尼器器等,如图8所示），以以以减少地地震能能量向上上部结结构的传传递。图8隔震结构构示示意图叠层橡胶支座在在在水平方方向有有非常大大的柔柔韧性，可可将将上部结结构水水平方向向的摇摇动减小小，从从而达到到降低低地震波波对