抗震設(shè)計(jì)第六章

1、抗震設(shè)計(jì)第六章第1頁，共16頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)57分，星期三為達(dá)到明顯減震效果，通?；A(chǔ)隔震系統(tǒng)需具備以下四種特性：(1)承載特性：具有足夠的豎向強(qiáng)度和剛度以支撐上部結(jié)構(gòu)的重量；(2)隔震特性：具有足夠的水平初始剛度，在風(fēng)載和小震作用下，體系能保持 在彈性范圍內(nèi)，滿足正常使用的要求，而中強(qiáng)地震時(shí)，其水平 剛度較小，結(jié)構(gòu)為柔性隔震結(jié)構(gòu)體系；(3)復(fù)位特性：地震后，上部結(jié)構(gòu)能回復(fù)到初始狀態(tài)，滿足正常的使用要求。(4)耗能特性：隔震系統(tǒng)本身具有較大的阻尼，地震時(shí)能耗散足夠的能量，從 而降低上部結(jié)構(gòu)所吸收的地震能量。第2頁，共16頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)57分，星期三隔震系統(tǒng)

2、回顧 基礎(chǔ)隔震的概念早在19世紀(jì)已有人提過，廣義的隔震方案則更是源淵流長，如北京故宮就設(shè)有糯米加石灰的柔性減震支座層；現(xiàn)代的基礎(chǔ)隔震理論和實(shí)踐開始于上世紀(jì)70年代，基礎(chǔ)隔震方案很多，下面作簡單介紹1.早期隔震技術(shù)河合浩藏的“地震時(shí)不受大震動(dòng)的結(jié)構(gòu)” 右圖是1891年河合浩藏的“地震時(shí)不受大震動(dòng)的結(jié)構(gòu)”。其隔震思路是在地基上并排鋪設(shè)了數(shù)層圓木，并且把建筑物周圍挖空，從而地震時(shí)可對(duì)上部建筑起到隔震第3頁，共16頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)57分，星期三J.A.Calantarients提出的隔震結(jié)構(gòu) 右圖是于1909年提出的隔震結(jié)構(gòu)(Base-isolated building )方案。這種

3、隔震結(jié)構(gòu)在建筑物結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間用滑石層隔開，地震時(shí)建筑物可以滑動(dòng)。中村太郎的隔震結(jié)構(gòu) 右圖是中村太郎于1927年提出的隔震結(jié)構(gòu)方案。在這種隔震系統(tǒng)中已使用阻尼泵來耗散地震動(dòng)的能量，并且在該建筑地下層柱的上下端采用鉸接構(gòu)造，建筑物可以水平自由移動(dòng)。 第4頁，共16頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)57分，星期三柔性層隔震結(jié)構(gòu)(Flexible first-story building) 柔性層結(jié)構(gòu)隔震概念由Martel在1929年提出，由Green(1935年)和Jacobasen(1938年)進(jìn)一步加以研究與完善；下圖是真島健三郎于1934年的柔性層結(jié)構(gòu)。地震時(shí)，柔性層進(jìn)入塑性，結(jié)構(gòu)的剛度變小

4、，結(jié)構(gòu)的基本周期延長，從而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)所受的地震作用減小。 第5頁，共16頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)57分，星期三滾動(dòng)支撐類隔震系統(tǒng)（Roller bearing system） 為克服柔性層結(jié)構(gòu)所帶來的缺陷，科學(xué)家們相繼提出了多種滾動(dòng)支撐類隔震系統(tǒng)，工作元件有球形和橢圓形等多種，但由于其隔震是有向性的，而地震是具有無向性，這些類型的隔震系統(tǒng)均未能推廣應(yīng)用。 第6頁，共16頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)57分，星期三2.最新隔震技術(shù)隔震橡膠支座(The laminated rubber bearing)隔震系統(tǒng)。第7頁，共16頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)57分，星期三 南加州

5、大學(xué)醫(yī)院(The University of Southern California Teaching Hospital)是橡膠支座隔震系統(tǒng)，這棟八層醫(yī)院基礎(chǔ)加速度為 0.49g，而頂層加速度只有0.21g, 加速度折減系數(shù)為1.8。而抗震結(jié)構(gòu)橄欖景醫(yī)院(The Olive View Hospital)的底層加速度為 0.82g，而頂層加速度為2.31g, 加速度放大系數(shù)為2.8，由此可見橡膠支座隔震系統(tǒng)的優(yōu)越性。中南加州大學(xué)醫(yī)院（隔震結(jié)構(gòu)）橄欖景醫(yī)院（抗震結(jié)構(gòu)） 1994年1月17日，美國圣菲爾南多發(fā)生洛杉磯地震，震級(jí)M=6.7，直下型地震，死亡56人，傷7300人，損失很大。 震中附近有兩

6、座醫(yī)院，一座為隔震結(jié)構(gòu)，另一座為抗震結(jié)構(gòu)。第8頁，共16頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)57分，星期三中南加州大學(xué)醫(yī)院 地下一層，地上7層，建筑面積：33000平方米；占地：4100平米；最高高度：36。0m；鉛芯多層橡膠隔震器68個(gè)，多層橡膠隔震器81個(gè)。第9頁，共16頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)57分，星期三 中南加州大學(xué)醫(yī)院在這次地震及其其后的余震中，6-8英尺高的花瓶等沒有一個(gè)掉下來，建筑物內(nèi)的各種機(jī)器等均未損壞，醫(yī)院功能得到維持，成為防災(zāi)中心，起到十分重要的作用。第10頁，共16頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)57分，星期三橄欖景醫(yī)院（抗震結(jié)構(gòu)） 橄欖景醫(yī)院在1971年圣費(fèi)

7、爾南多地震中受到較大損害，10年后重建，并增加了抗震強(qiáng)度。 在此次地震中，剪力墻產(chǎn)生剪切裂縫，設(shè)備機(jī)器、醫(yī)療機(jī)械及家具等翻倒，病歷等資料掉下、散亂。而且水管破裂，各層浸水，建筑物不能使用，完全喪失了醫(yī)院的功能。 一九九四年九月十六日，臺(tái)灣海峽發(fā)生了7.3級(jí)地震，震源距離汕頭市約200公里，汕頭市烈度為6度，各類房屋搖晃厲害，居民驚惶失措，水桶里的水濺出了1/3左右而陵海路隔震樓上的人并沒有感到晃動(dòng)，聽到毗鄰樓房和鄰街喧鬧聲后下樓才知道發(fā)生了地震。第11頁，共16頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)57分，星期三日本阪神大地震 一九九五年一月十七日發(fā)生了日本阪神大地震。震級(jí)7.2級(jí)，是日本戰(zhàn)后最大

8、地震災(zāi)害。在這次地震中，有二幢隔震結(jié)構(gòu)建筑得到了地震觀測(cè)記錄。從這些記錄可以看到隔震房屋在大地震中發(fā)揮了隔震效果，證實(shí)了隔震結(jié)構(gòu)的有效性。WEST大廈(西部郵政大樓)建筑面積46000m2，6層，是日本最大的隔震建筑。該建筑距震源東北35公里，在基礎(chǔ)、l層和6層進(jìn)行了地震記錄觀測(cè)。213263300基礎(chǔ)193571061層377751036層上下南北東西地震觀測(cè)位置方向第12頁，共16頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)57分，星期三 隔震橡膠支座包括天然夾層橡膠支座、鉛芯橡膠支座，高阻尼橡膠支座等 。天然夾層隔震橡膠支座 天然夾層橡膠支座構(gòu)造如圖所示。天然夾層橡膠支座具有較大的豎向剛度，承受建

9、筑物的重量時(shí)豎向變形小，而水平剛度較小，且線性性能好。由于天然夾層橡膠支座的阻尼很小，不具備足夠的耗能能力，所以在結(jié)構(gòu)使用中一般同其它阻尼器或耗能設(shè)備聯(lián)合使用。 鉛芯隔震橡膠支座 鉛芯隔震橡膠支座由新西蘭的ROBINSON及其公司最早研制開發(fā)，以后在中國、日本、美國、意大利等國家都得到了較大的發(fā)展與應(yīng)用。 鉛芯橡膠支座構(gòu)造如圖所示。因?yàn)殂U芯橡膠支座不但具有較理想的豎向剛度，而且本身具有消耗地震能量的能力，故鉛芯橡膠支座在結(jié)構(gòu)使用中受到廣泛歡迎。 第13頁，共16頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)57分，星期三 下圖分別是世界上第一棟采用鉛芯橡膠支座隔震的建筑(The William Clayt

10、on Building, New Zealand)和世界上使用鉛芯橡膠支座中基底面積最大的建筑(日本)。 日本1997年度評(píng)定的隔震建筑中，采用鉛芯橡膠支座隔震房屋占總數(shù)的40%，美國在1985年以后興建的隔震房屋中，完全或部分采用鉛芯橡膠支座的隔震房屋占總數(shù)的60.7%，我國在已建成的隔震房屋中，完全或部分采用鉛芯橡膠支座的隔震房屋占總數(shù)的60%。第14頁，共16頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)57分，星期三三.消能減震結(jié)構(gòu) 在結(jié)構(gòu)中的某些部位設(shè)置消能裝置，通過消能裝置耗散或吸收地震能量，從而減小主體結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。消能裝置有： 調(diào)頻質(zhì)量阻尼裝置由質(zhì)量、彈性元件和阻尼器構(gòu)成的振動(dòng)系統(tǒng)，將其安

11、裝在結(jié)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)引起該系統(tǒng)的共振，由此產(chǎn)生的慣性力反作用于結(jié)構(gòu)，起到減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)的作用。 調(diào)頻液體阻尼裝置由具有一定形狀的盛液容器構(gòu)成，液體晃動(dòng)時(shí)，液體對(duì)容器箱壁產(chǎn)生動(dòng)壓力，同時(shí)液體晃動(dòng)產(chǎn)生阻尼吸收一部分能量。 液壓質(zhì)量控制裝置由液壓缸、活塞、管路和質(zhì)量塊構(gòu)成，當(dāng)結(jié)構(gòu)由地面運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，油缸的活塞推動(dòng)管路中的液體，使液體和質(zhì)量隨之振動(dòng)。結(jié)構(gòu)的一部分振動(dòng)能量傳遞給了該系統(tǒng)。第15頁，共16頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)57分，星期三 粘滯耗能裝置由缸體、活塞、和液體構(gòu)成，活塞在缸體內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，粘滯液體從一端流向另一端產(chǎn)生阻尼力，阻礙結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。 摩擦耗能裝置由摩擦元件構(gòu)成，這些元件相互滑動(dòng)產(chǎn)生摩擦力，從而耗散結(jié)構(gòu)的部分振動(dòng)能量。 金屬耗能裝置由金屬材料制成的耗能裝置，其耗能機(jī)理是通過金屬元件的彈塑性變形來耗能。 粘彈性耗能裝