竖向刚度突变结构采取顶层隔震方案的减震分析

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1、竖向刚度突变结构采取顶层隔震方案的减震分析沈思，陈道政，吴韬(1．合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥230009；2．安徽新华学院土木与工业工程学院，安徽合肥230088)摘要：为了研究隔震装置在竖向刚度突变结构的减震效应，该文以一个底部为4层框架，上部为18层剪力墙的结构为抗震结构，在该抗震结构的第21层楼板下面加设隔震支座，并对隔震支座按照TMD系统的设计方法确定其性能参数，作为顶层隔震结构；利用有限元软件Ansys对上述抗震结构和隔震结构进行动力时程反应分析。结果表明，顶层隔震结构可以有效地减小结构

2、的地震反应，提高结构的抗震安全性，取得较好的经济和社会效益。关键词：隔震支座；顶层隔震；时程分析；竖向刚度突变；调谐质量阻尼器中图分类号：TU352．1文献标识码：A文章编号：1673—5781(2010)04—0494—03近年来，高层结构迅猛发展，建筑朝体型复杂、功设x、x分别为上、下子结构的位移矢量，xs和能多样的综合性方向发展。因此，早期高层结构多采分别为隔震层底部和顶部位移所组成的矢量，根用的纯剪力墙结构，已不能满足人们在商业、娱乐、餐据哈密尔顿原理，可以得到顶层隔震结构的动力方饮及停车等方面对大空间

3、的需求。所以底部框架、上程[]为部剪力墙或框架剪力墙的这种竖向刚度有突变的结』4-4-KX4-一一城(1)构形式在工程中很受人们的青睐，对这种竖向刚度有其中突变的结构抗震、减震研究，近年来一直是热点口]。志l1k1本文根据三维有限元理论对22层的抗震结构和k。lk。。4-ksb一是b。K==顶层隔震结构，在有限元分析软件Ansysl2]中进行一点。bkbb4-kbb2常遇地震下的弹性及罕遇地震下的弹塑性动力时程k2bk22分析，为今后竖向刚度有突变的结构隔震方案的选m1s取，及隔震支廖的设置提供一定的依据。ss

4、M==1顶层隔震结构的动力分析模型假设在结构上部某一层安装隔震支座，以隔震层作为隔震结构的分界面，划分为两个子结构，如图1C：=X：=所示。2数值模拟分析(1)工程概况。本文模型一钢筋混凝土结构，基本参数如下：结构总共22层，底部4层框架，柱尺寸为1000mm×1200mm，层高4．51"i1，楼板厚120mm，底部框架顶层楼盖处设置转换层，楼板厚图1顶层隔震结构计算简图200mm，横向大梁尺寸为600mmX2000mm上部收稿日期：2010—04—19；修改日期：2010—05—04作者简介：沈思(1983一

5、)，男，河南淮滨人，合肥工业大学硕士生；陈道政(1964一)，男，安徽合肥人，博士，合肥工业大学教授494ur程与建设》2010年第24卷第4期剪力墙结构18层，层高3m，楼板厚120mm，混凝土文在进行动力时程分析时，单向地震波激励从纵向．等级均为C40。底框架结构标准平面图和上部剪力输入。墙结构标准平面图分别如图2和图3所示。图4给出了两种结构前2O阶自振频率、抗震结构和隔震结构的基本周期，其分别为2．3998S、3．7290S，隔震结构的振动进一步远离了场地卓越周期，从而避开地震主要携能频带对结构主体的影

6、响，结构的地震响应也将随之减小。图5所示给出了频域0Hz≤≤15Hz范围内，即前50阶模态参数与系数的分布曲线，能直观的得出在振动中起主要贡献的振型序号位置。图2框架标结构标准平面图，‘、09080I】振型阶数图4两种结构的自搌频率对比4o003000：=：一__1——1一j一一十⋯一j—L_』--一~一Ld000自080O00自02o0O1000图3剪力墙结构标准平面图讥i九^．‘。。_震结?o本文选取TMD质量比约为1O％_5_，所以铅芯．1000喀V。4os。t叠层橡胶隔震支座设置在第21层剪力墙顶部，其

7、形．2o0O方向模态t2,与剪力墙正交轴线中心重合。隔震支座的参数按图5模态参与系数分布曲线照TMD系统的经验设计方法计算选定引，基本性能(3)动力时程分析。根据抗震规范的要求[，本参数见表1所列。文选用两条常用天然地震波和一条人工地震波：Taft表1铅芯橡胶隔震支座性能参数表波、、EL-Centro波和上海人工波作为地震动的输入。鉴于篇幅有限。本文仅对上海人工波下两种结构的数据进行对比，如图6和图7所示。0．15O．1g0．05登。-o_05建筑类别为乙类，设计分组第一组，场地类别为．0．1Ⅱ类，抗震设防烈度

8、为7度，设计基本地震加速度为．O．15o．1g_gJ。楼面及上人屋面的活载标准值分别取2．0kN／m和2．5kN／m，组合系数按0．6考虑；梁间恒载取10．0kN／m。(2)模态分析。本文采用子空间迭代法对抗震结构和隔震结构分另吁进行Ansys程序中的模态分析，模态解提取前100阶，通过对振型及其参与系数(b)罕遇地震分析，确定第一阶振型为纵向(X向)运动。因此本图6上海人工波作用时顶