第九章隔震減震房屋設(shè)計

會計學(xué)1第九章隔震減震房屋設(shè)計

基礎(chǔ)隔震技術(shù)已在橋梁、建筑物中獲得了大量應(yīng)用，下圖所示為框架結(jié)構(gòu)隔震支座的設(shè)置。目前大約有三十多個國家在積極推廣基礎(chǔ)隔震技術(shù)。其中夾層橡膠墊隔震己較成熟，對短周期結(jié)構(gòu)控制效果較好，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也可以接受。但也有不足之處是：對豎向振動一般沒有控制效果，影響上部結(jié)構(gòu)；對長周期水平振動存在共振危險性，影響隔震層的安全。

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2.隔震層的設(shè)置要求：

需要減少地震作用的多層砌體和鋼筋混凝土框架等結(jié)構(gòu)類型的房屋，采用隔震設(shè)計應(yīng)符合下列各項要求：

(1)結(jié)構(gòu)體型基本規(guī)則，不隔震時可在兩個主軸方向分別采用《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的底部剪力法進(jìn)行計算且結(jié)構(gòu)基本周期小于1.0s；體型復(fù)雜結(jié)構(gòu)采用隔震設(shè)計，宜通過模型試驗后確定；

(2)建筑場地宜為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類，并應(yīng)選用穩(wěn)定性較好的基礎(chǔ)類型；

(3)風(fēng)荷載和其他非地震作用的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的總水平力不宜超過結(jié)構(gòu)總重力的10%；

(4)隔震層應(yīng)提供必要的豎向承載力、側(cè)向剛度和阻尼；穿過隔震層的設(shè)備配管、配線，應(yīng)采用柔性連接或其他有效措施適應(yīng)隔震層的罕遇地震水平位移。

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為了達(dá)到明顯的減震效果，隔震裝置或隔震體系必須具備以下基本特征。

(1)承載方面：隔震裝置必須具備較大的豎向承載力，安全地支撐上部結(jié)構(gòu)的所有重量和使用荷載。確保建筑結(jié)構(gòu)物在使用狀況下的絕對安全和滿足使用要求；

(2)隔震特性：隔震裝置應(yīng)具有可變的水平剛度，在強(qiáng)風(fēng)和微小地震作用下，具有足夠大的水平剛度，使上部結(jié)構(gòu)水平位移不致過大；在強(qiáng)地震發(fā)生時，其水平剛度變小，使結(jié)構(gòu)地自振周期大大延長，有效地隔開地面振動；

(3)復(fù)位功能：隔震裝置應(yīng)具有水平彈性恢復(fù)力，使結(jié)構(gòu)體在地震中具有瞬時自動“復(fù)位”功能；

(4)阻尼消耗特性：隔震裝置具有足夠的阻尼，具有較大的消能能力。

第3頁/共20頁3.基礎(chǔ)隔震裝置的分類：

隔震系統(tǒng)是由隔震器、阻尼器和反應(yīng)控制裝置等部分組成。作為隔震系統(tǒng)，它必須具有上述幾方面的功能，必要時還須設(shè)置安全保險構(gòu)造。常用的隔震器有疊層橡膠支座、滑(轉(zhuǎn)動)支座和螺旋彈簧支座。疊層橡膠支座又包括普通疊層橡膠支座、鉛芯疊層橡膠支座和高阻尼疊層橡膠支座。滑(轉(zhuǎn)動)支座有普通滑動支座、回彈滑動支座和曲面滑動支座。常用的阻尼器有彈塑性阻尼器、粘性阻尼器、油阻尼器和干摩擦阻尼器等。根據(jù)隔震器和阻尼器等的不同，常將基礎(chǔ)隔震裝置分為以下三種隔震體系：

(1)疊層橡膠支座隔震體系

(2)摩擦滑移隔震體系

(3)混合隔震體系第4頁/共20頁4.隔震體系的計算方法：

隔震支座的設(shè)計主要內(nèi)容是驗算其豎向承載力和罕遇地震作用下的水平位移。隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計一般采用分步設(shè)計法，隔震體系的計算簡圖可采用剪切型結(jié)構(gòu)模型(如右圖)。一般情況下，宜采用時程分析法進(jìn)行計算；輸入地震波的反應(yīng)譜特性和數(shù)量,應(yīng)符合規(guī)范的規(guī)定；計算結(jié)果宜取其平均值；當(dāng)處于發(fā)震斷層10km以內(nèi)時，若輸入地震波未計及近場影響，對甲、乙類建筑，計算結(jié)果尚應(yīng)乘以下列近場影響系數(shù)：5km以內(nèi)取1.5，5km以外取1.25。

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隔震層的水平動剛度和等效粘滯阻尼比可按下列公式計算：

Kh＝∑Kj

ζeq＝∑Kjζj/Kh

式中ζj——j隔震支座由試驗確定的等效粘滯阻尼比，單獨(dú)設(shè)置的阻尼器時，應(yīng)包括該阻尼器的相應(yīng)阻尼比；

Kj——j隔震支座(含阻尼器)由試驗確定的水平動剛度，當(dāng)試驗發(fā)現(xiàn)動剛度與加載頻率有關(guān)時，宜取相應(yīng)于隔震體系基本自振周期的動剛度值；

ζeq——隔震層等效粘滯阻尼比；

Kh——隔震層水平動剛度。

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(1)隔震層以上結(jié)構(gòu)應(yīng)采取不阻礙隔震層在罕遇地震下發(fā)生大變形的下列措施：①上部結(jié)構(gòu)的周邊應(yīng)設(shè)置防震縫，縫寬不宜小于各隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移值的1.2倍；②上部結(jié)構(gòu)(包括與其相連的任何構(gòu)件)與地面(包括地下室和與其相連的構(gòu)件)之間，宜設(shè)置明確的水平隔離縫；當(dāng)設(shè)置水平隔離縫確有困難時，應(yīng)設(shè)置可靠的水平滑移墊層；③在走廊、樓梯、電梯等部位，應(yīng)無任何障礙物。

5.結(jié)構(gòu)的隔震措施：第7頁/共20頁

(2)隔震層與上部結(jié)構(gòu)的連接，應(yīng)符合下列規(guī)定：①隔震層頂部應(yīng)設(shè)置梁板式樓蓋，且應(yīng)符合下列要求：應(yīng)采用現(xiàn)澆或裝配整體式混凝土板。現(xiàn)澆板厚度不宜小于140mm；配筋現(xiàn)澆面層厚度不應(yīng)小于50mm。隔震支座上方的縱、橫梁應(yīng)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；隔震層頂部梁板的剛度和承載力，宜大于一般樓面梁板的剛度和承載力；隔震支座附近的梁、柱應(yīng)計算沖切和局部承壓，加密箍筋并根據(jù)需要配置網(wǎng)狀鋼筋。②隔震支座和阻尼器的連接構(gòu)造，應(yīng)符合下列要求：隔震支座和阻尼器應(yīng)安裝在便于維護(hù)人員接近的部位；隔震支座與上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的連接件，應(yīng)能傳遞罕遇地震下支座的最大水平剪力；隔震墻下隔震支座的間距不宜大于2.0m；外露的預(yù)埋件應(yīng)有可靠的防銹措施。預(yù)埋件的錨固鋼筋應(yīng)與鋼板牢固連接，錨固鋼筋的錨固長度宜大于20倍錨固鋼筋直徑，且不應(yīng)小于250mm。

5.結(jié)構(gòu)的隔震措施：第8頁/共20頁(3)砌體結(jié)構(gòu)的隔震措施應(yīng)符合下列規(guī)定：

5.結(jié)構(gòu)的隔震措施：

①當(dāng)水平向減震系數(shù)不大于0.50時，丙類建筑的多層砌體結(jié)構(gòu)，房屋的層數(shù)、總高度和高寬比限值,可按第四章中降低一度的有關(guān)規(guī)定采用；②砌體結(jié)構(gòu)隔震層的構(gòu)造應(yīng)符合下列規(guī)定：多層砌體房屋的隔震層位于地下室頂部時，隔震支座不宜直接放置在砌體墻上，并應(yīng)驗算砌體的局部承壓；隔震層頂部縱、橫梁的構(gòu)造均應(yīng)符合規(guī)范關(guān)于底部框架磚房的鋼筋混凝土托墻梁的要求；

第9頁/共20頁5.結(jié)構(gòu)的隔震措施：

③丙類建筑隔震后上部砌體結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施應(yīng)符合下列要求：承重外墻盡端至門窗洞邊的最小距離及圈梁的截面和配筋構(gòu)造，仍應(yīng)符合第四章的有關(guān)規(guī)定；多層澆結(jié)普通粘土磚和澆結(jié)多孔粘土磚房屋的鋼筋混凝土構(gòu)造柱設(shè)置，水平向減震系數(shù)為0.75時，仍應(yīng)符合表5-9的規(guī)定；7～9度，水平向減震系數(shù)為0.5和0.38時，應(yīng)符合表9-1的規(guī)定，水平向減震系數(shù)為0.25時，宜符合表5-9降低一度的有關(guān)規(guī)定；混凝土小型空心砌塊房屋芯柱的設(shè)置，水平向減震系數(shù)為0.75時，仍應(yīng)符合表5-13的規(guī)定；，7～9度時，當(dāng)水平向減震系數(shù)為0.5和0.38時，應(yīng)符合表9-2的規(guī)定，當(dāng)水平向減震系數(shù)為0.25時，宜符合表5-13降低一度的有關(guān)規(guī)定；上部結(jié)構(gòu)的其他抗震構(gòu)造措施，水平向減系數(shù)為0.75時仍按第四章的相應(yīng)規(guī)定采用；7～9度，水平向減震系數(shù)為0.50和0.38時,可按第四章降低一度的相應(yīng)規(guī)定采用；水平向減系數(shù)為0.25時可按第四章降低二度且不低于6度的相應(yīng)規(guī)定采用。

第10頁/共20頁房屋層數(shù)設(shè)置部位7度8度9度三、四二、三樓、電梯間四角，外墻四角，錯層部位橫墻與外縱墻交接處，較大洞口兩側(cè)，大房間內(nèi)外墻交接處每隔15m或單元橫墻與外墻交接處五四二每隔三開間的橫墻與外墻交接處六、七五三、四隔開間橫墻(軸線)與外墻交接處，山墻與內(nèi)縱墻交接處；9度四層，外縱墻與內(nèi)墻(軸線)交接處八六、七五內(nèi)墻(軸線)與外墻交接處，內(nèi)墻局部較小墻垛處；8度七層，內(nèi)縱墻與隔開間橫墻交接處；9度時內(nèi)縱墻與橫墻(軸線)交接處表9-1隔震后磚房構(gòu)造柱設(shè)置要求

第11頁/共20頁房屋層數(shù)設(shè)置部位設(shè)置數(shù)量7度8度9度三、四二、三外墻轉(zhuǎn)角，樓梯間四角，大房間內(nèi)外墻交接處；每隔16m或單元橫墻與外墻交接處外墻轉(zhuǎn)角，灌實3個孔；內(nèi)外墻交接處，灌實4個孔五四二外墻轉(zhuǎn)角，樓梯間四角，大房間內(nèi)外墻交接處；山墻與內(nèi)縱墻交接處，隔三開間橫墻(軸線)與外縱墻交接處六五三外墻轉(zhuǎn)角，樓梯間四角，大房間內(nèi)外墻交接處；隔開間橫墻(軸線)與外縱墻交接處，山墻與內(nèi)縱墻交接處；8、9度時,外縱墻與橫墻(軸線)交接處，大洞口兩側(cè)外墻轉(zhuǎn)角，灌實5個孔；內(nèi)外墻交接處，灌實4個孔；洞口兩側(cè)各灌實1個孔七六四外墻轉(zhuǎn)角，樓梯間四角，各內(nèi)墻(軸線)與外縱墻交接處；內(nèi)縱墻與橫墻(軸線)交接處；8、9度時洞口兩側(cè)外墻轉(zhuǎn)角，灌實7個孔；內(nèi)外墻交接處，灌實4個孔；內(nèi)墻交接處，灌實4～5個孔；洞口兩側(cè)各灌實1個孔表9-2隔震后混凝土小型空心砌塊房屋芯柱設(shè)置要求

第12頁/共20頁第三節(jié)減震結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.減震設(shè)計原理：

將結(jié)構(gòu)物中的非承重構(gòu)件(如支撐、剪力墻等)設(shè)計成耗能部件或在結(jié)構(gòu)物的某些部位(節(jié)點或連接處)裝設(shè)一些耗能阻尼器，如金屬阻尼器、摩擦阻尼器、粘彈性阻尼器等，通過耗能材料的摩擦、變形或粘性液體的流動等引起的能量耗散來消耗結(jié)構(gòu)的振動能量。在風(fēng)載和小震作用下，耗能部件或阻尼器處于彈性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)移剛度足以滿足正常使用要求；在強(qiáng)震作用下，耗能部件或阻尼器率先進(jìn)入非彈性狀態(tài)，耗散大部分地面運(yùn)動傳遞給結(jié)構(gòu)的能量，同時對于耗能支撐，其軟化使結(jié)構(gòu)體系的自振周期加長，降低了動力反應(yīng)，從而保護(hù)主體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震中免遭破壞或產(chǎn)生較大的變形，通常稱之為耗(消)能減震，也可看作是增加結(jié)構(gòu)阻尼的方法。第13頁/共20頁粘彈性阻尼器摩擦阻尼器彈塑阻尼器第14頁/共20頁

2.減震層的設(shè)置要求：

消能部件可根據(jù)需要沿結(jié)構(gòu)的兩個主軸方向分別設(shè)置。消能部件宜設(shè)置在層間變形較大的位置，其數(shù)量和分布應(yīng)通過綜合分析合理確定，并有利于提高整個結(jié)構(gòu)的消能減震能力，形成均勻合理的受力體系。

耗能減震體系按其耗能裝置的不同，可分為兩類：

(1)耗能構(gòu)件減震常見的有耗能支撐和耗能剪力墻；

(2)阻尼器耗能減震常見的有摩擦阻尼器、金屬阻尼器、粘性和粘彈性阻尼器、粘性液體阻尼器。消能減震設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)罕遇地震下的預(yù)期結(jié)構(gòu)位移控制要求,設(shè)置適當(dāng)?shù)南懿考Ｏ懿考捎上芷骷靶睋?、墻體、梁或節(jié)點等支承構(gòu)件組成。消能器可采用速度相關(guān)型、位移相關(guān)型或其他類型。

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3.減震體系的計算方法：

(1)計算原則消能減震設(shè)計的計算分析，應(yīng)符合下列規(guī)定：①一般情況下，宜采用靜力非線性分析方法或非線性時程分析方法。②當(dāng)主體結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作階段時，可采用線性分析方法作簡化估算，并根據(jù)結(jié)構(gòu)的變形特征和高度等按第三章的規(guī)定分別采用底部剪力法、振型分解反應(yīng)譜法和時程分析法。其地震影響系數(shù)可根據(jù)消能減震結(jié)構(gòu)的總阻尼比按第三章的規(guī)定采用。③消能減震結(jié)構(gòu)的總剛度應(yīng)為結(jié)構(gòu)剛度和消能部件有效剛度的總和。④消能減震結(jié)構(gòu)的總阻尼比應(yīng)為結(jié)構(gòu)阻尼比和消能部件附加給結(jié)構(gòu)的有效阻尼比的總和。⑤消能減震結(jié)構(gòu)的層間彈塑性位移角限值，框架結(jié)構(gòu)宜采用1/80。第16頁/共20頁

3.減震體系的計算方法：

(2)有效阻尼比和有效剛度的計算①消能部件附加的有效阻尼比可按下式估算：ζa＝Wc/(4πWs)

式中ζa——消能減震結(jié)構(gòu)的附加有效阻尼比；

Wc——所有消能部件在結(jié)構(gòu)預(yù)期位移下往復(fù)一周所消耗的能量；

Ws——設(shè)置消能部件的結(jié)構(gòu)在預(yù)期位移下的總應(yīng)變能。②不計及扭轉(zhuǎn)影響時，消能減震結(jié)構(gòu)在其水平地震作用下的總應(yīng)變能，可按下式估算：Ws

＝(1/2)∑Fi

ui

式中Fi——質(zhì)點i的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；

ui——質(zhì)點i對應(yīng)于水平