建筑隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2主要內(nèi)容1. 隔震原理簡(jiǎn)介2. 抗震設(shè)計(jì)規(guī)范解讀3. 隔震設(shè)計(jì)流程4. 隔震設(shè)計(jì)軟件5. 設(shè)計(jì)案例3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4隔震基本原理隔震建筑更適宜建造在堅(jiān)硬的場(chǎng)地上 隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(diǎn)，并考慮不同場(chǎng)地作用的影響。5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(jì)規(guī)范 GB50010-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50011-2010建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)注 GB50223-2008橡膠支座第三部分：建筑隔震橡膠支座 GB/T 200688

2、.3-2006建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計(jì)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 03SG610-16抗震設(shè)計(jì)規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計(jì)7抗震設(shè)計(jì)規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計(jì)8抗震設(shè)計(jì)規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計(jì)9抗震設(shè)計(jì)規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計(jì)10抗震設(shè)計(jì)規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計(jì)普通橡膠支座徐變曲線徐變量0.26%11抗震設(shè)計(jì)規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計(jì)12抗震設(shè)計(jì)規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計(jì)13抗震設(shè)計(jì)規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（01版）：當(dāng)隔震支座直徑較大（如600mm）時(shí)可采用剪

3、切變形100%時(shí)的等效剛度和等效粘滯阻尼比14抗震設(shè)計(jì)規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計(jì)15抗震設(shè)計(jì)規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計(jì)16抗震設(shè)計(jì)規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計(jì)17抗震設(shè)計(jì)規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計(jì)18抗震設(shè)計(jì)規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計(jì)19抗震設(shè)計(jì)規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計(jì)20抗震設(shè)計(jì)規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計(jì)21抗震設(shè)計(jì)規(guī)范隔震與消能減震設(shè)計(jì)22設(shè)計(jì)流程結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)隔震方案選定隔震性能分析下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)地震動(dòng)是否傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)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(jìn)行動(dòng)力分析，驗(yàn)證方案是否滿足預(yù)期的設(shè)計(jì)要求傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法，PK

4、PM傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法，PKPM隔震目標(biāo)根據(jù)建筑功能、場(chǎng)地條件、經(jīng)濟(jì)性等初步確定隔震目標(biāo)23隔震目標(biāo)確定1）隔震建筑的經(jīng)濟(jì)性：采用隔震技術(shù)，增加了隔震支座費(fèi)用、隔震構(gòu)造措施費(fèi)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(yàn)，對(duì)于高烈度區(qū)，采用隔震技術(shù)經(jīng)濟(jì)性十分明顯，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案比較合理，一般能節(jié)約3%20%。2）隔震建筑的高效性：當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度較高，場(chǎng)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(duì)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(biāo)一般應(yīng)高于非隔震建筑。通過合理的隔震設(shè)計(jì)，建筑的設(shè)防目標(biāo)可以

5、達(dá)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”，有時(shí)甚至超過此目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)基于性能的設(shè)計(jì)思想。24結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)1）上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)降低后的水平地震影響系數(shù)計(jì)算2）國外大量實(shí)踐驗(yàn)證，隔震技術(shù)對(duì)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(duì)稱。 3）高層建筑一般會(huì)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(shí)，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(duì)高寬比大的結(jié)構(gòu)，需進(jìn)行整體傾覆驗(yàn)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）

6、采用隔震技術(shù)，上部結(jié)構(gòu)剪重比依然要滿足本地區(qū)設(shè)防烈度的最小剪重比要求。 5）建筑場(chǎng)地宜為、類，并應(yīng)選用穩(wěn)定性較好的基礎(chǔ)類型。 25隔震方案隔震層1）隔震層層高：對(duì)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(hù)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(dú)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。26隔震方案隔震支

7、座疊層橡膠支座（天然、鉛芯、高阻尼）摩擦擺支座彈性滑動(dòng)支座滾珠支座27隔震方案支座布置1）同一隔震層內(nèi)，各個(gè)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(dú)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(jì)值應(yīng)大于上部結(jié)構(gòu)總重力代表值的1.1倍。每個(gè)隔震支座的受壓承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)大于上部結(jié)構(gòu)傳遞到隔震支座的重力代表值。需要考慮豎向地震作用時(shí)，上部結(jié)構(gòu)傳遞到隔震支座的重力代表值，8度和

8、9度時(shí)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(jì)值應(yīng)按永久荷載和可變荷載的組合，對(duì)需驗(yàn)算傾覆的結(jié)構(gòu)應(yīng)包括水平地震作用效應(yīng)組合；對(duì)需要進(jìn)行豎向地震作用計(jì)算的結(jié)構(gòu)，尚應(yīng)包括豎向地震作用效應(yīng)的組合。28隔震設(shè)計(jì)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(yàn)算隔震構(gòu)造及連接滿足地震動(dòng)隔震層大于假設(shè)值遠(yuǎn)小于假設(shè)值不滿足滿足隔震分析報(bào)告假設(shè)一個(gè)減震系數(shù)進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布置隔震層，形成隔震結(jié)構(gòu)時(shí)程分析，得到水平減震系數(shù)支座軸力、剪力、變形驗(yàn)算連接細(xì)部設(shè)計(jì)形成分析報(bào)告，供其他部分設(shè)計(jì)參考29隔震構(gòu)造隔震層30隔震構(gòu)造隔震層31隔震構(gòu)造立管32隔震構(gòu)造立管33隔震構(gòu)造水

9、平管34隔震構(gòu)造水平管35隔震構(gòu)造電纜、電線36隔震設(shè)計(jì)軟件總體上分為兩類：1）隔震支座與上部結(jié)構(gòu)同時(shí)分析計(jì)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(jì)，先按隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析，得到“水平向減震系數(shù)”，再用常用結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。如Sap2000、Etabs等。37隔震設(shè)計(jì)軟件Sap2000 通用結(jié)構(gòu)有限元分析與設(shè)計(jì)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(zhǔn)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(shí)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(dòng)力分析，可以進(jìn)行靜力分析、

10、振型分析、反應(yīng)譜分析、時(shí)程分析、屈曲分析、移動(dòng)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(shí)SAP2000是通用有限元分析與設(shè)計(jì)軟件，適用于橋梁、工業(yè)建筑、輸電塔、設(shè)備基礎(chǔ)、電力設(shè)施、索膜結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所、演出場(chǎng)所等特種結(jié)構(gòu)。38隔震設(shè)計(jì)軟件橡膠隔震單元有效剛度：即隔震支座的等效剛度，可用于計(jì)算自振周期剛度：隔震支座初始剛度，抵抗風(fēng)荷載39隔震設(shè)計(jì)軟件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(duì)于彎矩具有線性有效剛度40隔震設(shè)計(jì)軟件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

11、行為，不僅可以受拉也可以受壓，在三個(gè)彎矩變形上也具有非線性行為41隔震設(shè)計(jì)軟件Sap200042隔震設(shè)計(jì)軟件Sap200043隔震設(shè)計(jì)案例某變電站工程第一章：工程概況1.1 工程簡(jiǎn)介1.2 抗震設(shè)防要求1.3 場(chǎng)地條件1.4 本報(bào)告擬達(dá)到目的1.5 分析計(jì)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(shí)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3.9 隔震連接方案結(jié)論第四章：隔震支座連接驗(yàn)算與初

12、步設(shè)計(jì)4.1 隔震層豎向承載力驗(yàn)算4.2 隔震層變形能力驗(yàn)算4.3 隔震支座水平屈服荷載驗(yàn)算4.4 隔震支座在罕遇地震下的拉應(yīng)力驗(yàn)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(shí)程分析結(jié)果附錄2 隔震結(jié)構(gòu)時(shí)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44隔震設(shè)計(jì)案例工程概況1.1 工程簡(jiǎn)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 抗震設(shè)防要求 按建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010），該地區(qū)地震基本烈度為8度，設(shè)計(jì)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

13、速度0.2g地區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì), 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 場(chǎng)地條件 本工程擬建站址屬于對(duì)建筑抗震一般地段，地面20m深度范圍內(nèi)場(chǎng)地土的類型以中軟土為主，且覆蓋層厚度大于50m，建筑場(chǎng)地類別劃分為類，設(shè)計(jì)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 本報(bào)告擬達(dá)到目的 確定合理的隔震層參數(shù)，達(dá)到70%減震效果，并保證上部結(jié)構(gòu)與支座的連接安全性。45隔震設(shè)計(jì)案例分析模型 在隔震層的設(shè)計(jì)中，隔震支座的選用必須滿足規(guī)范對(duì)面壓限值的要求，

14、因此需要選用足夠大的隔震支座。根據(jù)計(jì)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，46隔震設(shè)計(jì)案例隔震周期 采用隔震方案后，一階振型為結(jié)構(gòu)y向平動(dòng)，二階振型為x向平動(dòng)，三階振型為結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，一階周期由原來的0.64s延長(zhǎng)為2.03s，延長(zhǎng)到2倍以上振型周期（s）隔震前隔震后10.6394472.03212420.635662.02953330.5449681.77756340.1790310.30260750.1775820.29826660.1541150.26038370.13

15、14970.14629180.1292140.14360590.1254410.133357100.124380.132709110.1208930.127875120.1204180.12758647隔震設(shè)計(jì)案例地震動(dòng)選取 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2001）規(guī)定，采用時(shí)程分析法時(shí)，應(yīng)按建筑場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用不少于二組的實(shí)際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬的加速度時(shí)程。本工程選用El-centro波、Taft波兩條強(qiáng)震記錄和一條人工模擬地震動(dòng)。根據(jù)規(guī)范5.1.2規(guī)定，遭遇偶遇地震時(shí)，時(shí)程分析時(shí)所用地震動(dòng)加速度時(shí)程最大值為200gal，偏于安全并保證與反應(yīng)譜的一致性，實(shí)際調(diào)幅達(dá)到240g

16、al，調(diào)幅后的時(shí)程曲線如圖48隔震設(shè)計(jì)案例地震動(dòng)選取 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2001）規(guī)定，當(dāng)結(jié)構(gòu)采用三維空間模型等需要雙向地震動(dòng)（兩個(gè)水平向）或三向地震動(dòng)（兩個(gè)水平向一個(gè)豎向）輸入時(shí)，其加速度最大值通常按1:0.85:0.65取值49隔震設(shè)計(jì)案例基底剪力時(shí)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50隔震設(shè)計(jì)案例水平減震系數(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)0.1290.2860.1690.19

17、4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)0.2210.3500.1780.250 按規(guī)范規(guī)定采用設(shè)防地震動(dòng)即中震值作為水平向減震系數(shù)，考慮足夠的安全儲(chǔ)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(jìn)行設(shè)計(jì)。51隔震設(shè)計(jì)案例分析模型 隔震支座通過面壓控制，通?？刂圃?8Mpa，本例中最大面壓為9.8Mpa52隔震設(shè)計(jì)案例支座性能需求 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）LRB500976.824

18、9.3LRB6002143.0457.0LRB8004327.5657.4LRB9005633.1705.4LRB10007539.5828.4LRB120011104.4828.5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 隔震支座變形需求53隔震設(shè)計(jì)案例風(fēng)荷載驗(yàn)算54隔震設(shè)計(jì)案例風(fēng)荷載驗(yàn)算支座類型屈服力Qd（kN）數(shù)量水平屈服荷載(kN)總和（KN）LRB5005384245400.2LRB60079.12158.2LRB800128.26769.2LRB900147.16882.6LRB1000167.481339.2LRB1200261.07182755隔震設(shè)計(jì)案例支座內(nèi)力組合支座遍號(hào)軸力（kN）X向剪力（kN）Y向剪力（kN）支座編號(hào)軸力（kN）X向剪力（kN）Y向剪力（kN）17881.1779.4735.1205621.9789.7729.72