隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計PPT課件

1、1主要內(nèi)容主要內(nèi)容1. 隔震隔震原理簡介原理簡介2. 抗震設(shè)計抗震設(shè)計規(guī)范解讀規(guī)范解讀3. 隔震設(shè)計流程隔震設(shè)計流程4. 隔震設(shè)計軟件隔震設(shè)計軟件5. 設(shè)計案例設(shè)計案例第1頁/共56頁2隔震基本原理隔震基本原理結(jié)構(gòu)自振周期增加，加速度反應(yīng)減小，位移反應(yīng)增大結(jié)構(gòu)阻尼增加，加速度反應(yīng)減小，位移反應(yīng)減小第2頁/共56頁3隔震基本原理隔震基本原理隔震建筑更適宜建造在堅硬的場地上 隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要在減小加速度響應(yīng)和增大位移響應(yīng)之間找到最佳的平衡點，并考慮不同場地作用的影響。第3頁/共56頁4相關(guān)規(guī)范相關(guān)規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB50009-2012混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 GB50010-2010建筑抗震設(shè)

2、計規(guī)范 GB50011-2010建筑抗震設(shè)防分類標注 GB50223-2008橡膠支座第三部分：建筑隔震橡膠支座 GB/T 200688.3-2006建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計通則（試用） CECS 160:2004疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程 CECS 126:2001疊層橡膠支座基礎(chǔ)隔震建筑構(gòu)造圖集 DBJT 25-99-2003 建筑結(jié)構(gòu)隔震構(gòu)造詳圖 03SG610-1第4頁/共56頁5抗震設(shè)計規(guī)范抗震設(shè)計規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計隔震與消能減震設(shè)計第5頁/共56頁6抗震設(shè)計規(guī)范抗震設(shè)計規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計隔震與消能減震設(shè)計第6頁/共56頁7抗震設(shè)計規(guī)范抗震設(shè)計規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計隔震與消能減震設(shè)

3、計第7頁/共56頁8抗震設(shè)計規(guī)范抗震設(shè)計規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計隔震與消能減震設(shè)計第8頁/共56頁9抗震設(shè)計規(guī)范抗震設(shè)計規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計隔震與消能減震設(shè)計普通橡膠支座徐變曲線徐變量0.26%0255075100 125 150 175 2001.501.752.002.252.502.753.003.253.503.75Disp(mm)time(h) disp disprecord第9頁/共56頁10抗震設(shè)計規(guī)范抗震設(shè)計規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計隔震與消能減震設(shè)計第10頁/共56頁11抗震設(shè)計規(guī)范抗震設(shè)計規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計隔震與消能減震設(shè)計第11頁/共56頁12抗震設(shè)計規(guī)范抗震設(shè)計規(guī)范隔震

4、與消能減震設(shè)計隔震與消能減震設(shè)計抗震設(shè)計規(guī)范（01版）：當隔震支座直徑較大（如600mm）時可采用剪切變形100%時的等效剛度和等效粘滯阻尼比第12頁/共56頁13抗震設(shè)計規(guī)范抗震設(shè)計規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計隔震與消能減震設(shè)計第13頁/共56頁14抗震設(shè)計規(guī)范抗震設(shè)計規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計隔震與消能減震設(shè)計第14頁/共56頁15抗震設(shè)計規(guī)范抗震設(shè)計規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計隔震與消能減震設(shè)計第15頁/共56頁16抗震設(shè)計規(guī)范抗震設(shè)計規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計隔震與消能減震設(shè)計第16頁/共56頁17抗震設(shè)計規(guī)范抗震設(shè)計規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計隔震與消能減震設(shè)計第17頁/共56頁18抗震設(shè)計規(guī)范抗震設(shè)計規(guī)范隔

5、震與消能減震設(shè)計隔震與消能減震設(shè)計第18頁/共56頁19抗震設(shè)計規(guī)范抗震設(shè)計規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計隔震與消能減震設(shè)計第19頁/共56頁20抗震設(shè)計規(guī)范抗震設(shè)計規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計隔震與消能減震設(shè)計第20頁/共56頁21設(shè)計流程設(shè)計流程結(jié)構(gòu)初步設(shè)計隔震方案選定隔震性能分析下部結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)設(shè)計地震動是否傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法，PKPM確定隔震支座參數(shù)，布置方案，附加阻尼器等采用SAP2000、Etabs、Midas等軟件，根據(jù)上部結(jié)構(gòu)和隔震層參數(shù)，進行動力分析，驗證方案是否滿足預期的設(shè)計要求傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法，PKPM傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法，PKPM隔震目標根據(jù)建筑功能、場地條件、經(jīng)濟性等初步確定隔震目標第2

6、1頁/共56頁22隔震目標確定隔震目標確定1）隔震建筑的經(jīng)濟性：采用隔震技術(shù)，增加了隔震支座費用、隔震構(gòu)造措施費用，但減小了梁柱斷面，節(jié)約了鋼材和混凝土用量。根據(jù)工程經(jīng)驗，對于高烈度區(qū)，采用隔震技術(shù)經(jīng)濟性十分明顯，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計方案比較合理，一般能節(jié)約3%20%。2）隔震建筑的高效性：當?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度較高，場地條件好、上部結(jié)構(gòu)規(guī)則、質(zhì)量和剛度分布均勻（包括平面和立面），可以初步確定上部結(jié)構(gòu)水平地震作用按降低一度半考慮，對應(yīng)水平向減震系數(shù)。3）隔震結(jié)構(gòu)的可靠性：隔震建筑的設(shè)防目標一般應(yīng)高于非隔震建筑。通過合理的隔震設(shè)計，建筑的設(shè)防目標可以達到“小震不壞、中震不壞或輕微破壞、大震不喪失使用功能或可修

7、”，有時甚至超過此目標，實現(xiàn)基于性能的設(shè)計思想。第22頁/共56頁23結(jié)構(gòu)初步設(shè)計結(jié)構(gòu)初步設(shè)計1）上部結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)降低后的水平地震影響系數(shù)計算2）國外大量實踐驗證，隔震技術(shù)對與自振周期超過1s的高層結(jié)構(gòu)同樣適用，故 2010 版抗規(guī)取消了 2001 版結(jié)構(gòu)周期小于 1s 的限制。隔震建筑結(jié)構(gòu)體型宜規(guī)則、對稱。 3）高層建筑一般會采用剪力墻結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)或者框架結(jié)構(gòu)，在開始定方案時，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)的高寬比不宜過大，一般控制在 3 以內(nèi)比較好，不宜超過 4。對高寬比大的結(jié)構(gòu)，需進行整體傾覆驗算，防止支座壓屈或出現(xiàn)拉應(yīng)力超過 1MPa。高寬比超過 4，需要做超限審查。 4）采用隔震技術(shù)，上部結(jié)構(gòu)剪重比依

8、然要滿足本地區(qū)設(shè)防烈度的最小剪重比要求。 5）建筑場地宜為、類，并應(yīng)選用穩(wěn)定性較好的基礎(chǔ)類型。 第23頁/共56頁24隔震方案隔震方案隔震層隔震層1）隔震層層高：對于沒有地下室的建筑，需要增加一層作為隔震層，這一層層高不宜太高，一般梁底到地面的凈高不應(yīng)小于 600mm，建議不小于 800mm。這一要求主要是為了便于日后的隔震層維護和檢修。2）隔震層位置：基礎(chǔ)隔震，隔震層位于地下室頂部或單獨設(shè)置隔震層；柱頂隔震，隔震層布置在一層柱頂；層間隔震3）特殊結(jié)構(gòu)如大底盤多塔結(jié)構(gòu)，其柱距較大，為不影響大底盤層的使用功能，可在上部結(jié)構(gòu)與大底盤層之間，專門設(shè)置層高 1.5m2.0m 的隔震層。第24頁/共56

9、頁25隔震方案隔震方案隔震支座隔震支座疊層橡膠支座（天然、鉛芯、高阻尼）摩擦擺支座彈性滑動支座滾珠支座第25頁/共56頁26隔震方案隔震方案支座布置支座布置1）同一隔震層內(nèi)，各個橡膠隔震支座的豎向壓應(yīng)力宜均勻，且豎向平均應(yīng)力不應(yīng)超過丙類建筑的限值15MPa。2）鉛芯隔震支座盡可能布置在周邊，天然橡膠支座布置在中央3）支座布置：一柱一支座，多柱一支座，墻下支座4）下部結(jié)構(gòu)方案：獨立柱，柱加拉梁，柱加短肢剪力墻5）疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程（CECS 126:2001）：隔震層總受壓承載力設(shè)計值應(yīng)大于上部結(jié)構(gòu)總重力代表值的1.1倍。每個隔震支座的受壓承載力設(shè)計值應(yīng)大于上部結(jié)構(gòu)傳遞到隔震支座的重力代表

10、值。需要考慮豎向地震作用時，上部結(jié)構(gòu)傳遞到隔震支座的重力代表值，8度和9度時可分別取上部結(jié)構(gòu)重力代表值的20%和40%。6）抗規(guī)（GB50011-2010）平均壓應(yīng)力設(shè)計值應(yīng)按永久荷載和可變荷載的組合，對需驗算傾覆的結(jié)構(gòu)應(yīng)包括水平地震作用效應(yīng)組合；對需要進行豎向地震作用計算的結(jié)構(gòu)，尚應(yīng)包括豎向地震作用效應(yīng)的組合。第26頁/共56頁27隔震設(shè)計隔震設(shè)計原結(jié)構(gòu)隔震結(jié)構(gòu)減震系數(shù)罕遇地震結(jié)構(gòu)驗算隔震構(gòu)造及連接滿足地震動隔震層大于假設(shè)值遠小于假設(shè)值不滿足滿足隔震分析報告假設(shè)一個減震系數(shù)進行上部結(jié)構(gòu)設(shè)計布置隔震層，形成隔震結(jié)構(gòu)時程分析，得到水平減震系數(shù)支座軸力、剪力、變形驗算連接細部設(shè)計形成分析報告，供其

11、他部分設(shè)計參考第27頁/共56頁28隔震構(gòu)造隔震構(gòu)造隔震層隔震層第28頁/共56頁29隔震構(gòu)造隔震構(gòu)造隔震層隔震層第29頁/共56頁30隔震構(gòu)造隔震構(gòu)造立管立管第30頁/共56頁31隔震構(gòu)造隔震構(gòu)造立管立管第31頁/共56頁32隔震構(gòu)造隔震構(gòu)造水平管水平管第32頁/共56頁33隔震構(gòu)造隔震構(gòu)造水平管水平管第33頁/共56頁34隔震構(gòu)造隔震構(gòu)造電纜、電線電纜、電線第34頁/共56頁35隔震設(shè)計軟件隔震設(shè)計軟件總體上分為兩類：1）隔震支座與上部結(jié)構(gòu)同時分析計算，不需要考慮“水平向減震系數(shù)”，如MIDAS2) 上部結(jié)構(gòu)和隔震層分開設(shè)計，先按隔震結(jié)構(gòu)進行動力分析，得到“水平向減震系數(shù)”，再用常用結(jié)構(gòu)分

12、析軟件進行設(shè)計。如Sap2000、Etabs等。第35頁/共56頁36隔震設(shè)計軟件隔震設(shè)計軟件Sap2000Sap2000 通用結(jié)構(gòu)有限元分析與設(shè)計軟件SAP2000軟件具有集成化圖形用戶界面，豐富的模板供用戶高效、準確地建立有限元分析模型。SAP2000軟件具有框架單元、索單元、板單元、殼單元、平面單元、實體單元、連接單元、鉸單元等單元，提供線性和非線性、靜力和動力分析，可以進行靜力分析、振型分析、反應(yīng)譜分析、時程分析、屈曲分析、移動荷載分析、穩(wěn)態(tài)分析、功能譜密度分析、靜力Pushover分析、施工順序加載分析等.同時SAP2000是通用有限元分析與設(shè)計軟件，適用于橋梁、工業(yè)建筑、輸電塔、設(shè)

13、備基礎(chǔ)、電力設(shè)施、索膜結(jié)構(gòu)、運動場所、演出場所等特種結(jié)構(gòu)。第36頁/共56頁37隔震設(shè)計軟件隔震設(shè)計軟件橡膠隔震單元橡膠隔震單元有效剛度：即隔震支座的等效剛度，可用于計算自振周期剛度：隔震支座初始剛度，抵抗風荷載第37頁/共56頁38隔震設(shè)計軟件隔震設(shè)計軟件摩擦隔震單元摩擦隔震單元剪切變形與摩擦塑性耦合，具有在剪切方向上沿滑移后的滑移后剛度，在軸向上具有縫行為，對于彎矩具有線性有效剛度第38頁/共56頁39隔震設(shè)計軟件隔震設(shè)計軟件摩擦隔震單元摩擦隔震單元在剪切自由度上具有和摩擦擺隔震類似的行為，在軸向上具有縫與鉤的行為，不僅可以受拉也可以受壓，在三個彎矩變形上也具有非線性行為第39頁/共56頁

14、40隔震設(shè)計軟件隔震設(shè)計軟件Sap2000Sap2000第40頁/共56頁41隔震設(shè)計軟件隔震設(shè)計軟件Sap2000Sap2000第41頁/共56頁42隔震設(shè)計案例隔震設(shè)計案例某變電站工程某變電站工程第一章：工程概況1.1 工程簡介1.2 抗震設(shè)防要求1.3 場地條件1.4 本報告擬達到目的1.5 分析計算依據(jù)第二章：結(jié)構(gòu)分析軟件及分析模型2.1分析軟件2.2建模策略2.3重力荷載輸入第三章：隔震方案分析3.1 隔震支座的平面布置及參數(shù)3.3 隔震結(jié)構(gòu)周期3.4 隔震分析地震波3.5 時程分析結(jié)果3.6 水平向減震系數(shù)確定3.7 結(jié)構(gòu)隔震情況下支座承載力需求3.8 結(jié)構(gòu)隔震情況下支座變形需求3

15、.9 隔震連接方案結(jié)論第四章：隔震支座連接驗算與初步設(shè)計4.1 隔震層豎向承載力驗算4.2 隔震層變形能力驗算4.3 隔震支座水平屈服荷載驗算4.4 隔震支座在罕遇地震下的拉應(yīng)力驗算4.5 隔震層構(gòu)造要求第五章：附錄附錄1 加速度、位移時程分析結(jié)果附錄2 隔震結(jié)構(gòu)時程分析支座內(nèi)力包絡(luò)圖附錄3 隔震結(jié)構(gòu)支座內(nèi)力組合第42頁/共56頁43隔震設(shè)計案例隔震設(shè)計案例工程概況工程概況1.1 1.1 工程簡介工程簡介 本工程為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上6層，建筑物高度(室外地面至主要屋面板的板頂) 23.8m,采用層間隔震方案，隔震層設(shè)置在一層柱頂。1.2 1.2 抗震設(shè)防要求抗震設(shè)防要求 按建筑抗震設(shè)

16、計規(guī)范（GB50011-2010），該地區(qū)地震基本烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度值為0.20g。本工程按照抗震規(guī)范設(shè)防地震加速度0.2g地區(qū)進行設(shè)計, 小震、中震和大震下地面加速度峰值（PGA）分別為0.10g、0.20g和0.4g，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)加速度為0.16g、0.53g和0.90g。 1.3 1.3 場地條件場地條件 本工程擬建站址屬于對建筑抗震一般地段，地面20m深度范圍內(nèi)場地土的類型以中軟土為主，且覆蓋層厚度大于50m，建筑場地類別劃分為類，設(shè)計地震分組為第二組。特征周期 ，多遇地震下， 地震影響系數(shù) ，罕遇地震下，地震影響系數(shù) 。1.4 1.4 本報告擬達到目的本報告擬達到目的

17、確定合理的隔震層參數(shù)，達到70%減震效果，并保證上部結(jié)構(gòu)與支座的連接安全性。max0.90max0.16第43頁/共56頁44隔震設(shè)計案例隔震設(shè)計案例分析模型分析模型 在隔震層的設(shè)計中，隔震支座的選用必須滿足規(guī)范對面壓限值的要求，因此需要選用足夠大的隔震支座。根據(jù)計算得到的支座的豎向承載力需求，本工程選擇LRB500、LRB600、LRB800、LRB900、LRB1000、LRB1200五種支座，隔震支座的布置如下圖所示，第44頁/共56頁45隔震設(shè)計案例隔震設(shè)計案例隔震周期隔震周期 采用隔震方案后，一階振型為結(jié)構(gòu)y向平動，二階振型為x向平動，三階振型為結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，一階周期由原來的0.64s延

18、長為2.03s，延長到2倍以上振型周期（s）隔震前隔震后10.6394472.03212420.635662.02953330.5449681.77756340.1790310.30260750.1775820.29826660.1541150.26038370.1314970.14629180.1292140.14360590.1254410.133357100.124380.132709110.1208930.127875120.1204180.127586第45頁/共56頁46隔震設(shè)計案例隔震設(shè)計案例地震動選取地震動選取 建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2001）規(guī)定，采用時程分析法時

19、，應(yīng)按建筑場地類別和設(shè)計地震分組選用不少于二組的實際強震記錄和一組人工模擬的加速度時程。本工程選用El-centro波、Taft波兩條強震記錄和一條人工模擬地震動。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，遭遇偶遇地震時，時程分析時所用地震動加速度時程最大值為200gal，偏于安全并保證與反應(yīng)譜的一致性，實際調(diào)幅達到240gal，調(diào)幅后的時程曲線如圖第46頁/共56頁47隔震設(shè)計案例隔震設(shè)計案例地震動選取地震動選取 建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2001）規(guī)定，當結(jié)構(gòu)采用三維空間模型等需要雙向地震動（兩個水平向）或三向地震動（兩個水平向一個豎向）輸入時，其加速度最大值通常按1:0.85:0.65取值第47頁/共56頁

20、48隔震設(shè)計案例隔震設(shè)計案例基底剪力時程結(jié)果基底剪力時程結(jié)果 采用隔震可以大幅度降低基底剪力，保證上部結(jié)構(gòu)安全第48頁/共56頁49隔震設(shè)計案例隔震設(shè)計案例水平減震系數(shù)水平減震系數(shù)減震系數(shù)基底反力EL-Centro波人工波Taft波平均值中震非隔震結(jié)構(gòu)最大值（kN）392462933530465734343545隔震結(jié)構(gòu)最大值(kN)5049557100806335805156減震系數(shù)0.1290.2860.1690.194大震非隔震結(jié)構(gòu)最大值（kN）784925865914971254949671隔震結(jié)構(gòu)最大值(kN)17328828207030919786449減震系數(shù)0.2210.350

21、0.1780.250 按規(guī)范規(guī)定采用設(shè)防地震動即中震值作為水平向減震系數(shù)，考慮足夠的安全儲備，水平向減震系數(shù)取最大值0.35。上部結(jié)構(gòu)水平地震作用可以降低一度按照抗震設(shè)防烈度7度（0.10g）進行設(shè)計。第49頁/共56頁50隔震設(shè)計案例隔震設(shè)計案例分析模型分析模型 隔震支座通過面壓控制，通常控制在68Mpa，本例中最大面壓為9.8Mpa第50頁/共56頁51隔震設(shè)計案例隔震設(shè)計案例支座性能需求支座性能需求 隔震支座承載力需求豎向最大承載力需求（kN） 水平最大承載力需求（kN）LRB500976.8249.3LRB6002143.0457.0LRB8004327.5657.4LRB900563

22、3.1705.4LRB10007539.5828.4LRB120011104.4828.5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 隔震支座變形需求第51頁/共56頁52隔震設(shè)計案例隔震設(shè)計案例風荷載驗算風荷載驗算第52頁/共56頁53隔震設(shè)計案例隔震設(shè)計案例風荷載驗算風荷載驗算支座類型 屈服力Qd（kN）數(shù)量水平屈服荷載(kN) 總和（KN）LRB5005384245400.2LRB60079.12158.2LRB800128.26769.2LRB900147.16882.6LRB1000167.481339.2LRB1200261.071827第53頁/共56頁54隔震設(shè)計案例隔震設(shè)計案例支座內(nèi)力組合支座內(nèi)力組