隔震建筑结构设计方法和应用

《隔震建筑结构设计方法和应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

隔震建筑结构设计方法和应用　　摘要：隔震设计属于建筑抗震设计新技术,也是建设部推广应用的新技术之一，文中介绍了隔震技术的优越性及其设计方法。并通过具体工程实例说明了隔震设计在高层建筑中的应用。文中关键词：隔震建筑结构设计方法应用中图分类号：TB482.2文献标识码：A文章编号：前言通常的建筑物因和基础牢牢地连在一起,地震波携带的能量通过基础传递到上部结构,进入到上部结构的能量被转化为结构的动能和变形能。在此过程中,当结构的总变形能超越了结构自身的某种承受极限时,建筑物便发生损坏或倒塌。一、隔震技术的原理和优越性“隔震”,即隔离地震。在建筑物基础与上部结构之间设置由隔震器、阻尼器等组成高度很低的柔性底层,称为隔震层,使基础和上部结构断开,延长上部结构的基本周期,从而,避开地震是地面运动的主频带范围,隔离地震能量向上部结构的传递,将其直接吸收或反馈回地面,减少输入到上部结构的地震能量,降低输入到上部结构的地震反应,达到预期的防震要求。7 地震时,建筑物上部结构的反应以第一振型为主,类似于刚体平动,基本无放大反应作用,通过隔震层的相对大位移来降低上部结构的地震作用。隔震结构的震动和变形均可只控制在轻微的水平,结构件和内部设备都不会发生破坏或丧失正常的使用功能,在房屋内部工作和生活的人员不仅不会遭受伤害,而且,也不会感受到强烈的摇晃,强震发生后人员无需疏散,房屋无需修理或仅需一般修理仍能正常使用,从而,使建筑物的安全得到更可靠的保证,甚至可避免非结构构件如设备、装修破坏等次生灾害的发生。二、房屋隔震设计要点1隔震建筑的设防目标和范围隔震结构遭受到本地区多遇地震、设防烈度地震和罕遇地震影响时,其抗震设防目标应高于传统抗震设防目标的要求。进行方案比较时,需考虑建筑的抗震设防分类、抗震设防烈度、场地条件、使用功能及建筑、结构的方案等因素,从安全和经济两方面进行综合分析对比,论证其合理性和可行性。2隔震设计的基本要求与减震系数的确定《建筑抗震设计规范》对隔震的基本要求是:通过隔震层的大变形,减少其上部结构的地震作用,从而,减少地震破坏。7 隔震设计需要解决的主要问题是隔震层位置的确定,隔震垫的数量、规格和布置,隔震支座平均压应力验算,隔震层在罕遇地震下的承载力和变形控制,隔震层不隔离竖向地震作用的影响,上部结构的水平方向、减震系数及其与隔离层的连接构造等。《建筑抗震设计规范》对隔震设计方法按减震系数进行设计,隔震层以上结构的水平地震作用和抗震验算,构件承载力大致留有0.5倍的安全储备。因此,对于丙类建筑相应的构造要求也可有所降低。水平减震系数将隔震建筑设计和传统抗震设计联系起来。所谓“减震系数”是指和不采用隔震技术的情况比较,是建筑物采用隔震技术后描述其地震作用降低程度的一个系数。减震系数应通过结构隔震与非隔震两种情况下,各层最大层间剪力的比值确定。水平向减震系数的取值不宜低于0.25,且隔震后结构的总水平地震作用不得低于非隔震结构在6度设防时的总水平地震作用。3分部设计方法把整个隔震体系分成隔震层以上结构、隔震层、基础和隔震层以下结构4个部分分别进行设计。(1)隔震层以上结构。计算地震作用时,水平地震影响系数的最大值可采用通常抗震设计的水平地震影响系数最大值和水平减震系数的乘积,但竖向地震影响系数最大值不应降低。隔震层以上结构的水平地震作用沿高度可采用矩形分布。7 抗震措施,丙类建筑可根据水平向减震系数相应降低抗震设计时对设防烈度的部分要求,并应考虑竖向地震作用不减少,保留设防烈度的部分要求。(2)隔震层。隔震层的强度、稳定性设计,采用隔震体系在罕遇地震作用下相关力素和位移进行。(3)基础。基础设计时不考虑隔震产生的减震效应,按原设防烈度进行抗震设计。(4)隔震层以下结构。当隔震层以下有墙、柱等结构时,其地震作用和抗震验算,应采用罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩进行计算。4竖向计算作用在计算中的考虑由于目前的橡胶隔震支座对竖向地震几乎没有减震效果,因此,需在隔震建筑设计时考虑这一因素。主要是在隔震层以上结构和隔震层设计中考虑这一因素。四、工程简介1某工程由业主委托设计,主体11层,框架-剪力墙结构,总建筑面积9870m2,建筑主体高度32.35m;基础形式为大直径灌注桩基础。本工程抗震设防烈度为8度,框架抗震等级为二级,剪力墙抗震等级为一级;场地土类别为II类。符合隔震设计的基本要求。2设计中应注意的问题(1)7 做好方案设计,为隔震设计创造条件在建筑设计中应做好方案设计,尽量做到平面规则、对称、竖向刚度连续无突变,减小建筑物在受到地震作用后的扭转影响。在建筑设计方案阶段,建筑专业与结构专业对柱网及剪力墙的布置、结构悬挑尺寸等相关问题,应进行了多方案的分析比较。确定比较合理的方案,为隔震设计创造条件。(2)合理布置结构体系,达到减震最佳效果结构设计时要合理布置结构体系。在方案阶段对结构体系进行了试算分析,以确定合理的设计参数,经反复调整计算确定后的结构体系基本周期x向为1.016s,y向为1.130s,基本符合基本周期在1.0s左右的要求。图1为本工程的结构布置图。(3)做好隔震计算,橡胶隔震支座布置经济合理通过分析结构体系,并考虑到本工程为高层建筑,经业内专家论证,将该建筑的抗震设防烈度由8度降为7度,经计算,取消了几片原本在8度设防时需要设置的剪力墙,节省了投资。橡胶支座的布置也反复推敲,做到既满足设计要求又经济合理。图2为最终确定的橡胶隔震支座的布置图。(4)注重构造设计,保证结构的整体稳定性在设计中要做好构造设计,使建筑物在遇到地震时,橡胶支座有足够的变形空间,同时隔震层下部也要保证其良好的整体稳定性。此外,在上部结构周边和从隔震层以下伸起的土体、隔震支座与四周墙体间设置竖向防震缝。7 (5)要保证作为橡胶支座支撑的桩的整体稳定性由于隔震设计的构造要求,当桩作为橡胶支座的支撑时,有一部分裸露于土表,形成短桩(类似于短柱)。为保证罕遇地震时桩不被破坏,本工程设计中,在桩中加了芯柱。同时为了保证隔震层下桩的整体稳定性,设计时在桩之间设置了拉梁。(6)处理好穿过隔震层的设备配管、配线在设计中穿过隔震层的设备配管、配线采用柔性连接,且刚性段不宜伸入隔震支座范围和竖向隔震缝内;钢筋接地的避雷设备,设置了跨越隔震层的柔性接地配线。3施工时应注意的问题(1)对橡胶支座应进行抽样检测,每种类型每一规格的数量不少于3个,抽样检测的合格率应为100%;(2)支座底部的中心标高偏差不大于5mm,平面位置的偏差不大于3mm;(3)单个支座的倾斜度不大于1/300。3经济分析由于采用了隔震设计,本工程设防烈度从8度降为7度,每m2可减少钢筋用量12.5kg(按8度和7度的平均用钢量计算),每m2可节省费用约50元,整栋建筑可节省49.35万元。而本工程共用了76个橡胶支座,其中GYZ600型支座207 个,单价7150元,GYZ500型支座56个,单价6150元,共计48.7万元。两者基本持平,但经过隔震设计的房屋抗震性能却大大提高了。结束语该工程目前主体施工已完成,在施工过程中由于各方面密切配合,进展顺利。通过本次设计我们认为,隔震设计前景广阔,采用它可以减轻地震灾害,提高结构的安全度,是值得推广应用的新技术。参考文献[1]梁爱莉.建筑结构概念设计及应用[J].彭城职业大学学报.2001(04)[2]李志烈,胡登鹏,陆键荣.某不规则高层建筑结构抗震方案设计[J].房材与应用.2002(05)[3]秦启东,李建军.底层框架抗震墙砖房抗震设计的基本要求[J].黑龙江科技信息.2010(19)[4]许杰,黄永林,赵蕊.隔震建筑概念设计的基本问题[J].防灾减灾工程学报.2003(02)7