隔震建筑的地震反应特点分析

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1、隔震建筑的地震反应特点分析毛俊卿1.建筑抗震设计方法发展简况地震给人类的生产生活带来巨大的灾难，如何减轻地震产生的灾害是世界各国长期以来的重要课题。20世纪之前的建筑几乎没有进行专门的抗震设计，经历多次大地震之后，才开始意识到建筑抗震的重要性，抗震设计理论与实践才开始进入得以发展。早期的抗震设计思路在于如何抵抗地震力，使建筑物不致因强度不足而损坏，使用这种方法设计建筑物，在后来的地震中，大部分出现不同程度的损坏，倒塌。使人们重新意识到，抗震设计不是单纯的抵抗地震力就可以解决问题的。地震从本质上看是能量的一种传递（波的形式），其震级、地面加速度大小，持续时间、频谱特

2、性等都是难以预知的。地震对建筑物连续地输入大量的能量，使建筑物产生振动、开裂、构件屈服甚至倒塌，因此花费大量精力去精确计算某一时刻地震力峰值并没有太大意义。抗震设计理论的第二阶段是如何减小建筑物的地震反应并增强结构构件屈服后的承载及变形能力。总的说来就是提高建筑的韧性，地震虽然难以预测，但是建筑物的设计承载力及变形能力是可以控制的。我国抗震规范中提供的三水准、两阶段的设计方法即是这种理论思想的一种具体体现。经历次地震检验，仍有大量的房屋在地震中损毁严重、倒塌，造成巨大的人员伤亡。08年我国汶川发生特大地震，人员伤亡巨大，房屋大量损坏，尤其是学校、医院、车站等重要建

3、筑物，其受损不仅导致建筑物内人员大量伤亡，而且阻碍了救灾工作的开展。汶川大地震使国内学者和设计界开始重新审视过去抗震设计方法的缺陷，探索并实践新的抗震设计方法。抗震设计方法逐步进入第三阶段---隔震与消能减震设计建筑隔震概念最早由日本学者河合浩藏提出。1891年8.0级浓尾地震造成了巨大的灾难。同年，河合浩藏提出在混凝土基础下设置数层纵横排列的圆木隔震结构（图1）。1924年鬼头健三郎提出了在柱脚滚珠进行隔震的方法并申请了专利。早期的隔震概念虽然很清晰，但是限于当时的技术条件水平，并未得到很好的发展和开发。随着地震工程理论的逐步发展和完和实际地震的观测记录，以及历

4、次地震对结构工程造成的各种破坏，人们开始逐渐意识到过去的抗震设计方法的局限性，并开始着手研究并实践隔震设计理论。图1圆木隔震基础目前，较为成熟的建筑隔震技术包括：叠层橡胶支座隔震、摩擦摆隔震、滚轴支座隔震、滑移隔震、混凝土短柱支座隔震等，其中叠层橡胶支座隔震技术的应用最为普遍。上世纪70年代初，新西兰率先开发出铅芯叠层橡胶支座，1974年世界首栋隔震建筑在新西兰建成;1983年日本第一座采用叠层橡胶支座的现代隔震建筑---位于东京的八千代台住宅建成；1985年美国建成第一座四层的叠层橡胶支座隔震大楼——加州·圣丁司法事务中心。截止目前，世界上大约已建成了4000多

5、幢橡胶隔震建筑。我国在1993年汕头建成首幢橡胶垫隔震建筑。2.隔震建筑与非隔震建筑的地震反应特点为了探究隔震建筑在地震作用下的反应特点，使用SAP2000计算程序建立了两个有限元结构模型（模型A为隔震方案，模型B为普通方案），采用相同的分析方法进行计算并对结果进行分析。2.1结构模型概况模型A为隔震方案，模型B为普通方案，两个模型的结构和构件尺寸、配筋情况均相同，共两层，层高均为3m，X向3跨，Y向2跨，柱跨均为6mX6m，框架柱尺寸为450mmX450mm，纵筋8根18mm，箍筋8@100/200，均为HRB400；梁尺寸为300mmX600mm，上下纵筋配筋

6、分别为4根18mm和3根18mm，箍筋8@100/200，均为HRB400。采用时程分析方法进行分析，地震波选用1989CORRALIT波，加速度值乘以比例系数0.4，修正后加速度峰值为247gal（相当于抗震规范中8度设防地震地面运动加速度）。有限元结构模型透视图模型A隔震支座采用RubberIsolator连接单元进行模拟，水平两个方向刚度均为1000KN/m，竖向刚度为50000KN/m，采用直接积分法进行计算。计算完成后，选择顶部节点3生成加速度时程曲线（图2）和隔震支座节点1生成位移时程曲线（图3），并查看基底剪力时程曲线（图4）。图2顶部节点15加速度

7、时程曲线图3隔震支座节点1位移时程曲线图4基底X向剪力时程曲线根据图2中可以得到，结构顶点最大加速度反应为37.1gal，与地面加速度峰值比值为0.15，图3显示支座水平位移最大值为10.2cm，图4显示基地X向剪力最大值为138KN。模型B为非隔震设计，柱底按固结支座考虑，框架构件尺寸配筋均与模型A相同。为便于对比分析，同模型A一样采用非线性时程分析法进行计算。计算完成后，选择顶部节点15生成加速度时程曲线（图5），并查看基底剪力时程曲线（图6）。图5顶部节点15加速度时程曲线图6基底X向剪力时程曲线根据图5中可以得到，结构顶点最大加速度反应为257.9gal，

8、与地面加速