隔震結構分析設計要點論文

【擒耍】文章介紹了隔震結構的概念和基本原理，並對隔震層分析，上、下部結構設計、基礎設計和地基處理等主要步驟及要點進行了説明。主要結合隔震分析的現狀，説明膈震層佈置的原則，上部結構設計要點。

【關鍵詞】隔震分析;膈震建模;隔震層佈置

引言

2008年以來，我國接連發生汶川、玉樹、蘆山等多次大地震;2011年以來，智力、日本、尼泊爾等地發生了8級以上的特大地震;近期以來更是地震不斷(見表1)。。。。這些事例無一不在告訴我們，地球已經進入又一個地震活躍期。

作為已被證實的可有效減輕地震災害的手段，隔震技術正在逐漸進入我國建築領域，並隨着2014年住建部頒發((住房城鄉建設部關於房屋建築工程推廣應用減隔震技術的若干意見(暫行)》而得到越來越廣泛的應用。

表1近期地震彙總

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1、隔震結構概念，原理

與傳統抗震結構相比，隔震結構多了一個隔震層。隔震層由隔震器、阻尼器、抗風裝置、限位裝置等部分組成，以隔震層為分界線，隔震層以上稱為上部結構，隔震層以下稱為下部結構。地震之所以能引起房屋破壞，主要有兩個原因：1)地面震動大量傳遞到建築結構上(2)震動能量引起構件破壞。因此，減輕地震災害也可以從兩方面人手：1)削弱建築與地面的連接，減少能量傳i，2)增加耗能構件，減少常規構件消耗的地震能量。隔震結構主要是從第一個方面着手來減輕地震災害的。設想一個懸浮在空中的建築‘”，地面震動肯定無法對其進行破壞。假設該建築與地面是通過彈簧連接的，此時彈簧剛度為零，完全隔絕了地震能量向建築的傳遞，對於常規結構，建築與地面接近剛性連接，地震能量可向建築大量傳遞。

隔震結構正好處在兩者之間，通過隔震墊(這個非常柔軟的彈簧)來連接地面與結構，從而極大的減少地震能量的傳遞，使其性能無限接近於“懸浮的結構”。

2.分析設計現狀及建模

若進行細分，結構設計工作可以分為兩個層次：1)結構分析。目的是得到結構位移、構件內力、剪重比，位移比等基本數據，進而判斷結構選型、構件佈置是否合理，2)結構設計。根據規範要求進行內力調整和荷載組合，完成構件設計和施工圖繪製。與此類似，結構軟件也大致分為兩類：1)以結構分析為主，如ETABS. MIDAS等* 2)以結構設計為主，如PKPM、YJK，廣廈等。

廣大工程師熟練掌握的是第二類軟件，此類軟件具有對常規構件的分析與設計功能，但無法精確模擬隔震器、阻尼器力學性能。

因此，隔震結構設計通常採用分部設計法：1)通過第一類軟件(如ETABS. MIDAS等)建立整體模型，使各項指標滿足設計要求，2)在第二類軟件中(如PKPM. YJK.廣廈等)完成構件設計和施工圖繪製，即基於上一步得到的內力、減震係數等參數，分別對上部結構、下部結構進行建模和設計。

3，隔震層分析

與抗震結構相比，隔震結構需要進行隔震層的佈置，並對隔震層參數進行校核。

3.1隔震層的基本佈置

隔震層佈置原則：1)隔震層的剛度中心儘量與上部結構質心重合，減少偏心影響，2)鉛芯支座儘量佈置在外圍，儘量提高結構的抗扭能力。隔震層佈置需要滿足下列要求：疊層橡膠支座在重力荷載代表值作用下豎向壓應力不應超過的規定

橡膠隔震支座壓應力限值0.025<屈重比<0.035。屈重比為隔震支座的屈服荷載設計值與重力tf載代表值的比值。此限值使隔震層的屈服荷載略小於剪重比要求，保證隔震層在小震下就進入屈服，起到減輕地震作用的效果。

一般情況下，條件1決定了隔震支座的最小直徑，條件2決定了鉛芯支座的最小數量。另據文獻2規定，還需要驗算：1)隔震層的屈服荷載設計值不小於風荷載設計值，2)隔震層在水平應變為100%時的水平恢復力不小於隔震支座屈服荷載設計值。但這兩個條件比較容易滿足，一般不起控制作用。

3.2各項參數校核

隔震層佈置完成後，需要校核隔震支座在罕遇地震下的最大位移、拉應力、壓應力。

1)罕遇地震下，支座位移Lli<[Ui]

公式左側為罕遇地震下各隔震支座的水平位移;右側為隔震支座的水平位移限值，取0.55倍有效直徑和3倍橡膠層厚度的較小值。

2)在罕遇的水平地震和豎向地震共同作用下，支座拉應力不應大於1MP。。

3)在罕遇的水平地震和豎向地震共同作用下，支座壓應力不應大於支座的屈曲應力(需考慮有效受壓面積)。當s.≥15，s：≥5且橡膠硬度不l、於40時，丙類建築的壓應力限值為15 MPa。

3.3hk平向減震係數和支座處的內力

上一節為隔震分析的所有內容，本節的任務是根據分析結果整理數據，為結構設計做準備。主要工作為：1)計算水平向減震係數(為上部結構設計做準備)，2)提取隔震支座處的內力和位移(為下部結構設計做準備)。

提取支座結果時要注意，隔震層位移較大，結構的P-A效應十分顯著，支座位移對構件內力的影響不可忽略。

4.上部結構設計要點

上部結構設計最主要的變化是要根據水平向減震係數調整水平地震影響係數最大值，公式如下：o【m。xl=p o【m。x/qu除對地震影響係數最大值進行調整外，還有以下幾點需要注意：上部結構模型應包含隔震支座以上的所有構件，包括隔震層的上支墩以及樑板系統。

模型下部的約束宜修改為鉸接，即上支墩下端是鉸接。原因是隔震墊對支墩底的轉動沒有約束能力。

對隔震結構的抗震措施進行調整。當水平向減震係數不大於0.4時(設置阻尼器時為0.38)，可適當降低構造要求，烈度降低程度不超過1度，且與豎向地震作用相關的抗震構造措施不應降低。

目前的'隔震器只能隔離水平向地震，對豎向地震影響沒有緩解作用，因此豎向地震很可能成為設計的控制因素。9度和8度且水平向減震係數小於0.3時應考慮豎向地震作用，並規定了豎向地震作用的最小值。

5.下部結構設計

下部結構要滿足嵌固剛度比、中震抗彎及大震抗剪的要求，但需要注意的是：此處的中震與大震內力是隔震結構的內力，而不是非隔震結構。對於最常見的單獨設置隔震層和僅有一層地下室的情況，下部結構的設計可退化為一個個單獨的懸臂柱的設計。

6，基礎設計和地基處理

隔震結構的基礎設計和地基處理的要求同非隔震結構相同。甲、乙類建築的抗液化措施應提高一個液化等級確定，直至全部消除液化沉陷。

7.展望

減隔震技術作為未來的結構設計的發展趨勢，其應用前景不可限量。但就目前的實施情況來看，作者認為，還可從以下幾個方面進一步改善：隔震結構的構造措施還比較粗糙，僅處於能滿足結構功能的初級階段。對隔震墊的防火、建築的防火分區、地下室的密閉性等要求還很難滿足，有待進一步的研究和深化。普遍來講，廣大結構工程師對減隔震設計還比較陌生。目前普遍的操作方式為：減隔震廠家負責減隔震的分析工作，設計院完成設計工作。由於雙方的利益並不一致，這種合作很可能導致結構設計不安全或不經濟。

一種建議是，設計院對結構分析和結構設計進行專業分工。一部分人專門鑽研結構分析，而另一部分專門從事結構設計和施工圖設計。

參考文獻

[1]黨育，杜永峯，李慧.基礎隔震結構設計及施工指南[M].北京：中國水利水電出版社，2005.