文档介绍：第二节隔震结构设计
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通过在结构的特定部位,如层间、楼板处、厂房屋架及梁端等处设置某种装置,将地震动与结构隔开,阻断地震动能量向建筑结构输入,其作用是减弱或改变地震动对结构作用的强度或方式,以此达到减小结构振动的目的。在许多应用中,隔震装置是安装在结构下面,即基础部位,因此称为“基础隔震”。基础隔震是在结构地面以上部分的底部设置隔震层,使之与固结于地基中的基础顶面分开,限制地震动向结构物的传递,大大减少了上部结构的地震反应,从而保证了建筑物的安全。
基础隔震技术已在桥梁、建筑物中获得了大量应用,下图所示为框架结构隔震支座的设置。目前大约有三十多个国家在积极推广基础隔震技术。其中夹层橡胶垫隔震己较成熟,对短周期结构控制效果较好,技术经济指标也可以接受。但也有不足之处是:对竖向振动一般没有控制效果,影响上部结构;对长周期水平振动存在共振危险性,影响隔震层的安全。
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需要减少地震作用的多层砌体和钢筋混凝土框架等结构类型的房屋,采用隔震设计应符合下列各项要求:
(1)结构体型基本规则,不隔震时可在两个主轴方向分别采用《建筑抗震设计规范》;体型复杂结构采用隔震设计,宜通过模型试验后确定;
(2)建筑场地宜为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,并应选用稳定性较好的基础类型;
(3)风荷载和其他非地震作用的水平荷载标准值产生的总水平力不宜超过结构总重力的10%;
(4)隔震层应提供必要的竖向承载力、侧向刚度和阻尼;穿过隔震层的设备配管、配线,应采用柔性连接或其他有效措施适应隔震层的罕遇地震水平位移。
为了达到明显的减震效果,隔震装置或隔震体系必须具备以下基本特征。
(1)承载方面:隔震装置必须具备较大的竖向承载力,安全地支撑上部结构的所有重量和使用荷载。确保建筑结构物在使用状况下的绝对安全和满足使用要求;
(2)隔震特性:隔震装置应具有可变的水平刚度,在强风和微小地震作用下,具有足够大的水平刚度,使上部结构水平位移不致过大;在强地震发生时,其水平刚度变小,使结构地自振周期大大延长,有效地隔开地面振动;
(3)复位功能:隔震装置应具有水平弹性恢复力,使结构体在地震中具有瞬时自动“复位”功能;
(4)阻尼消耗特性:隔震装置具有足够的阻尼,具有较大的消能能力。
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隔震系统是由隔震器、阻尼器和反应控制装置等部分组成。作为隔震系统,它必须具有上述几方面的功能,必要时还须设置安全保险构造。
常用的隔震器有叠层橡胶支座、滑(转动)支座和螺旋弹簧支座。叠层橡胶支座又包括普通叠层橡胶支座、铅芯叠层橡胶支座和高阻尼叠层橡胶支座。滑(转动)支座有普通滑动支座、回弹滑动支座和曲面滑动支座。常用的阻尼器有弹塑性阻尼器、粘性阻尼器、油阻尼器和干摩擦阻尼器等。
根据隔震器和阻尼器等的不同,常将基础隔震装置分为以下三种隔震体系:
(1)叠层橡胶支座隔震体系
(2)摩擦滑移隔震体系
(3)混合隔震体系
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隔震支座的设计主要内容是验算其竖向承载力和罕遇地震作用下的水平位移。
隔震结构的设计一般采用分步设计法,隔震体系的计算简图可采用剪切型结构模型(如右图)。一般情况下,宜采用时程分析法进行计算;输入地震波的反应谱特性和数量,应符合规范的规定;计算结果宜取其平均值;当处于发震断层10km以内时,若输入地震波未计及近场影响,对甲、乙类建筑,计算结果尚应乘以下列近场影响系数:,。
隔震层的水平动刚度和等效粘滞阻尼比可按下列公式计算:
Kh=∑Kj
ζeq=∑Kj ζj / Kh
式中ζj——j隔震支座由试验确定的等效粘滞阻尼比,单
独设置的阻尼器时,应包括该阻尼器的相应
阻尼比;
Kj——j隔震支座(含阻尼器)由试验确定的水平动刚
度,当试验发现动刚度与加载频率有关时,宜
取相应于隔震体系基本自振周期的动刚度值;
ζeq——隔震层等效粘滞阻尼比;
Kh——隔震层水平动刚度。
(1)隔震层以上结构应采取不阻碍隔震层在罕遇地震下发生大变形的下列措施:
①上部结构的周边应设置防震缝,;
②上部结构(包括与其相连的任何构件)与地面(包括地下室和与其相连的构件)之间,宜设置明确的水平隔离缝;当设置水平隔离缝确有困难时,应设置可靠的水平滑移垫层;
③在走廊、楼梯、电梯等部位,应无任何障碍物。
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(2)隔震层与上部结构的连接,应符合下列规定:
①隔震层顶部应设置梁板式楼盖,且应符合下列要求:应采用现浇或装配整体式混凝土板。现浇板厚度不宜小于140mm;配筋现浇面层厚度不应小于5