隔震减震技术在建筑结构中的应用

隔震减震技术在建筑结构中的应用

1结构隔震技术多年的研究和实践表明，现代结构的抗强设计基本上实现了“小地震不破坏，中震不修复，大地震不回来”的抗强设计目标。地震期间的伤亡数量显著减少。虽然地震时建筑物没有倒塌,但因结构破坏一些投资很高的设备及豪华装修等的破坏,所造成的损失却十分巨大。单纯强调结构在大震下不严重破坏和不倒塌,已经不是一种完善的抗震思想,而采用建筑结构隔震减震技术,能保证罕遇地震发生时人员、设备和装修的安全,符合近阶段兴起的基于性能的抗震设计思想。有良好的发展和应用前景。国内外大量的科学实验和工程应用经验表明:橡胶支座隔震技术是目前最成熟,应用最广泛的隔震技术。本文以实例说明橡胶支座的隔震水平。2线型模型的建立基础隔震建筑采用多质点层间等效剪切模型(如图1所示)。图中mb,kb,cb为隔震层的质量,刚度和阻尼系数,m1～mn,k1～kn和c1～cn为上部结构各层质量,刚度和阻尼系数。恢复力模型采用双线型模型(如图2所示)根据D’Alembert原理可列出隔震结构体系运动微分方程为:Mx咬(t)+Cx觶(t)+Kx(t)=-MIx咬g(t)-P(1)式中,M,C和K分别为隔震结构体系质量矩阵,阻尼矩阵和刚度矩阵;x咬(t)x觶(t)和x咬g(t)为隔震结构体系各层相对地面的加速度,速度和位移列向量;(t)为地面运动加速度时程;I为单位列向量;P为考虑结构隔震层变形进入弹塑性阶段的恢复力增量列向量,表达式为:上部结构和隔震层的阻尼系数确定如下:式中,ζ为上部结构阻尼比;ω1为结构体系按非隔震结构计算的基本圆频率;ζeq为隔震层等效阻尼比;ωb为隔震建筑的基本圆频率。3计算3.1层间抗侧刚度某办公楼为一个规则的纯框架多层结构,结构长18m(三跨,每跨6米),宽15米(6*3*6m),共5层,层高3m。每层质量均为mi=2.33×105kg(i=1,2,3,4),层间抗侧刚度均为ki=2×108N/m(i=1,2,3,4),地区抗震设防烈度为7度,建筑场地类别II类。结构分别进建立置隔震器和不设置隔震器两种模型(模型A-不设隔振器框架结构模型,模型B-设置隔振器框架结构模型),用SAP2000分析。隔震器采用了橡胶隔震器。上部结构阻尼比取0.05,隔震层屈服后刚度去初始刚度的0.8倍。屈服位移取0.02m。3.2设计比表表对两个模型分别采用有限元分析软件SAP2000进行分析。两个模型的模态周期对比表如表1所示。该结构Á设计地震分组为第一组,建筑场地类别为Ⅱ类,特征周期为0.35s。模型A与设置模型B相比,第一周期是接近特征周期的,因此根据我国规范反应谱的特征,没有设置橡胶隔震支座结构比设置隔震支座结构的地震作用大。3.3频谱特征:有不改变的部位对结构输入Elcentro地震波进行非线性动力时程分析,得到框架结构在该地震动作用下的动力响应。根据不同抗震设防烈度的要求对地震波的峰值进行调幅,调幅的原则是:根据现行建筑抗震设计规范有关不同烈度设防区动力时程分析所采用的加速度峰值的规定,应使调整后的地震波峰值加速度等于设防烈度区罕遇地震加速度的最大值。这种调幅只是对加速度峰值的比例调整,仅改变了加速度反应谱的幅值,而不改变其它的频谱特征。首先对Elcentro地震波峰值按照8度罕遇地震进行调幅(400cm/s2),输入模型A进行动力时程分析,1.94秒时SAP程序停止计算,此时框架结构的第二层柱顶与第三层梁均出现塑性铰,结构破坏。故认为不设置隔震支座的模型B不满足8度抗震设防要求。接着对模型A输入按7度罕遇地震作用峰值调幅(220cm/s2)的Elcentro地震波,对模型B输入按8度罕遇地震作用峰值调幅的Elcentro地震波型,进行非线性动力时程分析,所得结构最大层间位移如表2所示。以上分析结果表明:在7度罕遇地震作用下,模型A最大层间位移角为1/210(第三层);在8度罕遇地震作用下,模型B最大层间位移角为1/117(第一层),第一层柱底橡胶支座位移为145.5mm,满足橡胶隔震支座的变形要求。根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001第5.5.5条:多高层结构薄弱层(部位)弹塑性层间位移限值为1/50层高(即位移角限值为1/50),模型A在7度罕遇地震作用下的最大层间位移角小于规范限制,模型B在8度罕遇地震作用下的最大层间位移角小于规范限制。故从位移角度出发,模型A满足规范中7度抗震设防的变形限值要求;模型B满足规范中8度抗震设防的变形限值要求。4自振周期延长本文通过一个实例来说明采用橡胶隔震器结构与未采用隔震措施的差别,得到如下结论:隔