浅谈房屋建筑工程的隔震结构设计.pdf

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1、浅谈房屋建筑工程的隔震结构设计●吴继军■合肥工业大学建筑设计研究院。安徽合肥230009摘要：文章对隔震建筑进行了介绍，简要概括了隔震结构设计的基本思路。结合我国现行的建筑抗震设计规范，i11．,kT隔震结构两阶段设计法，详细阐述了隔震结构时程分析、上部结构设计、下部结构设计。关键词：隔震结构隔震设计房屋建筑纵观20世纪以来的全球历次震害，随着社会经济水平的不断发展。地震灾害越来越表现出人员伤亡数量减少，社会经济损失呈级数上升的特点。因此，工程抗震中的结构性能化设计受到日益关注。在强震多发地区如美国、墨西哥、日

2、本、台湾等地，主动减灾技术的工程实践和理论研究已持续了相当长的时间，很多采用主动减灾技术的建筑成功地经受住了地震的考验，我国也已将隔震及减震耗能技术纳入设计规范体系，在北京、太原、宿迁、汕头、昆明、丽江、东川等地陆续建成一批隔震建筑，其中包括目前隔震设计规范中尚未涵盖的高层建筑和大跨度空间结构。在隔震工程建设方兴未艾之际，更有必要对有关问题加强交流，深入探讨。1隔曩建筑撅述(1)隔震建筑由基础结构、隔震支座和阻尼器构成的隔震层、以及上部结构组成。(2)对于地震作用以外的荷载和外力，隔震建筑的设计和传统结构相同。

3、’(3)在研究设计地震动输入时的建筑反应的基础上，设计隔震层和上部结构。这些分析研究可以对建筑物的横向和纵向独立进行。(4)假设上部结构为刚体时，适当配置隔震支座和阻尼器避免隔震层出现偏心。根据设计地震动输入反应分析所得到的隔震支座的最大位移和最大轴力，以及阻尼器必要的能量吸收能力，要确保在各隔震装置的容许值范围内。(5)针对设计地震动作用下的应力。可以对上部结构进行容许力设计。(6)基础结构和传统建筑一样，要使其不发生过度沉降、转动或水平移动。2隔震结构设计考虑因素(1)保留以往抗震设计的思路和方法；(2)充

4、分考虑隔震结构的固有特性。地震输入到建筑物的总能量与建筑物的基本自振周期和总质量有关，几乎不受质量分布、强度分布和刚度分布的影响。输入到建筑物的总能量在建筑物的各部分如何分布，只与各层的刚度和强度有关。已往的抗震设计法的目标归纳为：建筑物在保证各部分构件不破坏的前提下，完全吸收输入到建筑物的能量。而隔震结构是使隔震层的刚度远远小于上部结构的刚度，同时使地震输入的总能量全部集中作用在隔震层的结构。为抑制隔震层最大变形而引进了吸收能量的装置——阻尼器，这样输入到上部结构的能量就很少，从而那些要求一般建筑物必须具有塑

5、性能量吸收能力的约束条件也就不存在了。对照抗震设计的目标，隔震结构也够把能量集中在隔震层，因此可以避免有关能量分布预测的不确定性，是一种简明的结构形式。3隔震结构体系模型化3．1上部结构模型化建筑结构存在于三维空间里，为了精确描述结构在地震时的特性，按三维空间来处理结构和动力现象能够达到最高的分析精度，也能够直接得到各构件的反应值，这一点对于隔震结构也同样适用。虽然隔震结构也可以建成三维空间模型，但在反应分析时只需能达到目标精度就已经足够了，不必去采用过于复杂的模型。上部结构为十分坚固的弹性设计的隔震建筑中，由

6、于地震时输入的能量基本被隔震层吸收，上部结构自身的振动对隔震层影响很小，所以在研究隔震层时可以把上部结构看作是刚体。若是研究隔震装置对上部结构的影响，则还是要同普通结构一样，把上部结构设为多质点模型。在设计隔震结构进行动力分析时，多数情况下把上部结构设为多质点模型就足够了。当地震是多维输入地震或考虑扭转振动时，才需要把上部结构建立成立体的三维空间模型。3．2隔震层模型化(1)线弹性滞回曲线。弹性曲线是最简单的滞回曲线。线性隔震结构隔震效果好，且高阶反应小，但由于无阻尼参与，隔震层位移较大，一般不宜单独采用。普通

7、橡胶垫支座的滞回曲线为线弹性。(2)粘滞型滞回曲线。在线弹性隔震层附以粘滞阻尼器，隔震层滞回曲线为粘滞型滞回曲线。阻尼器布置多，滞回曲线越饱满，结构的高阶反应变的越显著。(3)双线性滞回曲线。在线弹性隔震层附以铅挤压阻尼器、滑移摩擦阻尼器或钢阻尼器，隔震层滞回曲线可简化为双线性滞回曲线。阻尼器的数量可决定滞回曲线的屈服系数和非线性系数。该滞回曲线模型最常用。3．3下部结构模型化对隔震结构进行反应分析时，一般不对隔震层下部结构进行模型化，固定端多数设置在隔震装置的下端。这是因为下部结构周期比隔震周期短得多，几乎不

8、会对上部结构和隔震层的反应带来影响。3．4隔展结构的扭转振动隔震结构的扭转振动不仅仅是上部结构和隔震层的偏心引起的，下部结构的偏心、输人相位差等输入到隔震结构的地震性质的不同也会引起扭转振动。下面是转振动发生的原因。(1)上部结构的偏心。上部结构的偏心是由建筑物重量、荷载的偏差或结构构件的刚度、强度偏差产生的，或者是由两者复合而产生的。但是，隔震结构中上部结构是按弹性设计的，如果隔震层