高烈度地区隔震垫设计探究

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1、高烈度地区隔震垫设计探究【摘要】我国位于欧亚地震带上,长期以来地震对我国许多地区造成过非常大的危害。随着我国经济实力的提高,为更有效地保障国家和人民生命、财产的安全,对建筑物的抗震设防要求不断提高,设计规范也不断完善。【关键词】高烈度地区；隔振垫设计目前隔震技术的应用多集中在多层结构中，由于隔震体系与传统抗震体系相比上部结构所受地震作用大幅度降低，使得上部结构构件和节点的断面、配筋减少，构造及施工简单。近年来，隔震技术已不仅仅局限于中低层建筑，在高层建筑中也有所应用。相对于中低层建筑，对高层结构进行隔震无疑更具有性价比优势。日本在高层结构

2、隔震方面的研究应用较深入，总高度93．1m，共30层的东京衫并花园城于2000年lO月竣工，成为已经建成的采用隔震技术的最高建筑物。高层结构应用隔震技术后，增强了建筑物的抗震性能，能大大降低一般设计中的地基基础造价，且所有支座和阻尼器都可在现场安装，从而大大地缩短工期，带来很好的经济效益。一、隔震层参数优化设计7高层建筑的自振周期一般较长。因此在进行隔震设计时．一般需将隔震后的周期进一步延长．高层建筑在进行隔震设计时需仔细优化隔震层的参数．由于高层建筑的重量较大且隔震后隔震层的位移往往较传统中低层隔震房屋大。因此隔震设计时需尽量选用直径较

3、大的隔震支座．考虑到要减小隔震层的刚度．需尽量选用硬度较小的支座．一般选用G4的支座类型。为了限制高层建筑隔震层过大的位移．需提高隔震层的屈重比．但过大的屈重比会降低隔震效果．屈重比过小结构的抗风验算又不够．在进行高层建筑隔震设计时．需综合考虑这些因素进行合理优化设计．当隔震结构的抗风能力不足时需在隔震层单独设置抗风装置．隔震支座的受拉是高层建筑隔震的主要障碍之一．典型橡胶支座的竖向应力-应变关系模型如图l所示．0A段为压缩段．0B段为拉伸段．从图中可以看出橡胶支座的竖向受拉刚度远小于压缩刚度．但拉伸变形能力很强．实际工程应用中但结构边跨

4、或角邳的支座受拉时．隔震层的支座满足变形协调．会出现内力的重分布．为了减小隔震结构的倾覆效应．可考虑在隔震层附设元刚度黏滞阻尼器进一步减小隔震层的位移而不牺牲隔震效果．当高层建筑隔震层局部的隔震支座的拉应力不可避免时．可考虑设置抗拔装置．其数量与参数需根据结构设计参数来确定．二、隔震结构两阶段设计法7考虑到我国的隔震结构应用现状，保证设计的可延续性，结合《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)(以下简称《抗规》)，引入将简化估算方法和时程分析方法相结合的思路，即为两阶段设计法。两阶段设计法的具体内涵是在工程方案阶段，采用简化估算方

5、法，快速提供在特定场地条件和结构体系以及隔震装置条件下的设计方案，为业主和设计单位提供决策参考；在施工图设计阶段依据我国现行的相关标准采用相对较为准确的时程分析方法，最终确定和优化布置、装置参数。隔震结构两阶段设计法的第一阶段，是指在工程方案阶段利用简化估算方法，根据结构的重要性、所处特定场地条件、建筑结构的基本信息诸如层数、建筑面积等信息来判断是否适合采用隔震技术，并为采用隔震技术的经济性评估提供依据。其中，由于基础隔震层刚度一般远小于上部结构刚度，上部结构视为整体平动，且忽略结构自身阻尼变化的影响。7结合高层隔震结构的特点，预期的水平

6、向减震系数取Itt--O．75，凭借经验或现有的建筑物计算的结构重力荷载代表值G=I15220kN，基础固定时建筑结构自振周期约为113s，特征周期值0．55s，基础固定时结构的地震影响系数a---O．0738，结构隔震后水平地震影响系数为al=o．7Iua--O．7×0．75x0．0738=0．0388。根据地震影响系数曲线反算出隔震结构的周期兀--2．65s，则多遇地震作用下隔震层总刚度65．58kN／mm。按隔震层总刚度初步选择隔震装置，直径500，600mm支座分别为20，15个，隔震层总刚度为68．7kN／mm>65．58kN／

7、mm。另外，根据支座竖向承载力初步选择直径500，600ram支座分别为30，20个，隔震层总刚度97．8kN／mm>65．58kN／mm。在施工图设计阶段采用时程分析方法最终确定和优化布置、装置参数，结合我国的《抗规》和《叠层橡胶支座隔震技术规程》(CECSl26：2001)的相关规定，本算例非隔震结构采用PKPM进行计算，隔震结构采用ETABS程序计算。根据PKPM上部结构计算结果隔震层采用直径500，600mm支座分别为34，24个。选用三条地震波(其中两条天然地震波，一条人工地震波)，天然波取自Ⅲ类场地上的实际记录，人工波根据场地

8、地震地质环境评价报告提供的地震动参数生成符合规范要求的地震波。三、高烈度地区隔振垫设计研究结论7本文对高烈度地区隔震建筑在体系选择、支座设计、减震系数、抗风验算及罕遇地震作用结构倾覆验算等方面