房屋隔震结构设计浅谈

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1、房屋隔震结构设计浅谈贾国庆（土木工程学院南京工业大学，江苏南京210009）摘要：本文对隔震结构的设计原理及隔震装置进行了介绍，同时指出了隔震结构规划与设计上注意事项，为房屋隔震结构的设计和使用提供了依据。关键词：房屋隔震隔震层阻尼器HousingdesignofisolatedstructuresJiaGuoqing(CollegeofCivilEngineering,NanjingUniversityofTechnologyNanjing210009)Abstract:Inthispaper,thedesi

2、gnprincipleandisolationdevicesoftheisolationstructurewereintroduced.andtheconsiderationsofisolatedstructureplanninganddesignwerepointedout..Thebasisofdesignanduseoftheisolatedstructureforhousingwasprovided.Keywords:housingisolation,isolationlayer,damper1隔震结构

3、设计特征1.1隔震结构的原理建筑物的规模、重量、强度、坚固性与人体的大小、体重、柔韧性相比要大得客，这种由质量和刚度构成的安定的建筑保障了人类的日常生活空间。这些建筑物最重要的功能是能够承受持续发挥作用的重量，但同时也要能够抵挡频度较小的地震、台风等外界自然灾害。传统抗震设计的重点在于发生小小地震时能够维护建筑物的功能，保证财产和人身安全；在发作罕遇大地震时，防止建筑物例塌，保护人类生命的安全。后一情况下建筑物自身维持结构的竖向支承功能，吸收地震输入的能量，并容许混凝土产生裂缝和钢材屈服。很多情况下，建筑物内过

4、大的加速度、速度和层间变形会使建筑物内部遭到破坏，地震后存在残余变形，因而难以维持建筑物的功能，震后的维修费用也会增加很多。隔震结构通过在基础结构和上部结构之间设置隔震层，使上部结构与地震动的水平成分绝缘。隔震层中设置隔震支座和阻尼器等隔震装置，其中隔展支座能够安定持续地支承建筑物重量、追随建筑物的水平变形、并且具有适当弹性恢复力，而阻尼器能够用于吸收地震输入能量。因此隔震结构是一种遵循前面提到的抗震设计两个基本要素的结构形式，遭受罕见大地震时，作用扩上部结构的水平力比—般建筑要小很多，因此很容易对上部结构进行

5、弹性设计。所以即使遭受罕遇大地震，隔震结构也能维持上部结构的功能，确保建筑物内部财产不遭受损失，保障生命安全。1.2隔震结构的性能和效果美国北岭地震(1994)中的南加利福尼亚大学医院，兵库县南部地震(1995)中的WEST大楼等隔展结构的强展观测记录，证实了地震时上：部结构产生的水平加速度在地表加速度的1/3以下。传统结构中上部结构的加速度反应是地表加速度的2—3倍，因此隔震建筑内部的摇晃程度与传统的建筑相比，大约要小一个数量级。隔震建筑上部结构产生的竖向地震动同一般建筑物一样有若干增幅，但水平地震反应变得很

6、小，极大地增强了建筑物内部牢间的安全性和安心感。2隔震装置的基本组成2.1隔震支座隔震支座是隔震结构的主要构件，一般使用叠层橡胶支座。叠层橡胶支座是橡胶和钢板如三明治状交互叠置在一起。因为橡胶的弹性模量很小，近似具有非比缩性，把橡胶做成薄层，用钢板来约束轴向压力产牛的横向膨胀，则轴向的变形减小，并又会产生很强的抗压能力。叠层橡胶支座若受到水平方向的作用力，会根据自身的弹件模量变形（表面的剪切变形）。这样就形成了一种竖向坚固、水平柔软的支座。叠层橡胶支座的支承性能，尤其是在承受荷载状态下的水平变形能力很重要。为了

7、确保水平变形能力，可以增加橡胶的层数，即加厚橡胶层，但是，竖向的支承力(屈服荷载)会降低，水平刚度的轴力相关性会变大。也就是说可以通过选择不同的形状，制作出各种具有不同特性的叠层橡胶支座。在选择支座形状时，对第1形状系数和第2形状系数的分析研究是很重要的。特别是第2形状系数对叠层橡胶支座的稳定性有很大的影响，选择时必须加以注意。第1形状系数：单层橡胶受钢板约束的面积与自由表面积之比（任橡胶领域被单称为形状系数）与竖向刚度和稳定性有关。第2形状系数：橡胶直径与橡胶层总厚度之比（设计隔震结构所用叠层橡胶支座的系数）

8、，与承载能力、水平刚度有关。2.2阻尼器对于隔震结构来说，要防止隔震支座过度变形，并吸收能量，阻尼器是必不可少的。阻尼器分为滞回阻尼型和粘性阻尼型，前者利用钢、铅等金属的塑性变形能量和库仑摩接力能量，后者利用泊、粘性流体和粘弹性体的粘性。它们各有忧缺点，设计者必须根据需要的阻尼力、最大允许变形量、环境温度、建筑用途等设计条件进行评估和选择。另外，为了增大扭转刚度，要尽可能将阻尼器配置在