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II型隔震橡膠帶鉛芯支座

時間:2018-06-29 08:13:20

       建筑結構隔震設計

       傳統建筑結構的設計及審查過程是:上部結構設計→地基基礎設計→抗震專項審查(必要時)→施工圖審查,傳統建筑結構設計及審查流程如圖2.1 a所示。


        隔震結構與傳統抗震結構設計審查不同之處就在于增加了一個隔震層設計的流程,如圖2.1b所示,隔震層設計包括隔震支座布置、中震、大震下隔震層的動力分析以及隔震建筑的構造等內容,往往需要高校、科研院所或者支座生產廠家配合采能完成。

      分部設計法

       隔震結構目前采用的設計方法是分部設計法,即整個隔震結構的設計分成四部分:上部結構設計、隔震層設計、下部結構設計(包含下支墩、地下室)和基礎部分,除隔震層設計之外其他部分仍由設計院的結構設計人員完成,而隔震層設計則由專門的單位完成,如高校、科研院所或者支座生產廠家。

       國內進行隔震結構設計采用分部設計法這主要與廣大結構設計人員的設計習慣有關。目前結構設計人員大多使用建模、分析和出圖一體的設計軟件,例如PKPM或YJK,但是此類軟件在分析地震作用時均采用振型分解反應譜法,無法考慮隔震支座的強非線性作用。如果考慮橡膠支座強非線性則必須應用有限元軟件(Etabs、SAP2000或者Midas Gen等)非線性動力時程分析。然而非線性動力時程分析僅僅為振型分解反應譜分析的補充和驗證,還不能做到直接出結構施工圖的水平,因此就出現了運用單一的軟件無法完成全套的隔震結構設計的局面。

       分部設計法就是為適應目前這種現狀而提出的,結構設計人員運用PKPM或YJK進行上部結構設計、下部結構設計,而隔震設計人員運用有限元軟件(Etabs、SAP2000或者Midas Gen等)進行隔震層設計,發揮自己的優勢,從而相互配合完成整套隔震結構設計。

      隔震設計流程

       通常在采用分部設計法設計時,首先根據項目所在地設防烈度、場地類別、建筑高度以及擬采用的結構形式等條件設定減震目標,例如按地震作用降低1度或者1度半,在綜合考慮建筑的特點確定隔震層位置,然后結構設計人員再運用PKPM或YJK進行建模與分析。隔震設計人員根據結構設計人員建立的PKPM或YJK模型建立三維有限元(ETABS、SAP2000或者Midas Gen等)分析模型,然后進行設防地震、罕遇地震下非線性動力時程分析,以驗證是否滿足預先設定的減震目標及相關規范要求。若滿足預先設定減震目標及相關規范要求,則將隔震分析數據(包含三維模型、隔震分析報告)返回至結構設計人員,設計人員再根據隔震分析數據進一步完善上部結構設計、下部結構設計;若不滿足預先設定減震目標及相關規范要求,則需對預先設定的減震目標或模型進行調整,然后再進行有限元非線性動力時程分析,直至滿足減震目標及相應規范要求,最終由隔震設計人員配合,結構設計人員將所有隔震設計資料匯總成抗震專項審查文本文件,以備抗震專項審查,抗震專項審查合格后,就進入施工圖審查階段。以Etabs和PKPM軟件為例,隔震設計流程如圖2.2所示。


        減震目標的設定

         在隔震設計時首先要確定減震目標。減震目標的設定一般與以下因素有關:

        1、工程擬建場地設防烈度

       工程擬建場地設防烈度越高,意味著非隔震結構在計算水平地震作用時所采用的水平地震影響系數就越大,計算得到的地震作用就越大,采用隔震技術延長結構周期后所對應的水平地震影響系數降低幅度就比較大,減震效果就明顯。

        2、工程擬建場地類別

       國外隔震工程調查結果表明:硬土場地比較適合于隔震房屋,而軟弱場地會濾掉了地震波中的高頻成分,剩余的長周期地震分量可能會引起周期較長的隔震結構共振效應,這樣隔震結構的地震反應不是減小而是增大。《抗規》規定:建筑場地宜為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類,并應選用穩定性較好的基礎類型,當在Ⅳ類場地建造隔震房屋時,應進行專門研究和專項審查。

        3、建筑高寬比

       如果隔震建筑高寬比過大,水平地震作用下產生較大的傾覆力矩,在傾覆力矩作用下隔震層橡膠支座勢必會遭受過大的拉力,然而橡膠支座在拉、壓作用下性能極不對稱,橡膠支座在壓力作用下承載力極高,而橡膠支座受拉時,鋼板和橡膠之間的粘接容易破壞,導致橡膠支座豎向承載力急劇下降,因而橡膠支座在壓力作用下承載力極低(規范規定橡膠支座拉應力不應超過1MPa)。因此在確定減震目標時,應注意結構的高寬比不宜過大,一般控制在3以內比較好,不宜超過4,當高寬比較大時減震目標不宜定的太高。

       4、建筑規則性

       歷次地震震害表明:如果建筑結構體型規則、對稱,那么其在地震中遭受到地震損害就比較小,這同樣適用于隔震建筑,因此隔震建筑結構體型宜規則、對稱,這樣結構受力就比較合理,對扭轉效應的控制也比較有利。

       5、建筑的抗震設防類別

       建筑的抗震設防類別是根據其使用功能的重要性來區分的,例如:重點設防類屬于地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復的建筑,在隔震設計時應留有足夠的安全儲備,減震目標不宜定的太高,一般按“降1度”設定減震目標,而對標準設防類建筑可根據實際情況選擇減震目標,可以按“降1度”或者“1度半”作為其減震目標。

        6、邊坡放大系數與近場影響系數

      《抗規》規定當需要在條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖石和強風化巖石的陡坡、河岸和邊坡邊緣等不利地段建造丙類及丙類以上建筑時,除保證其在地震作用下的穩定性外,尚應估計不利地段對設計地震動參數可能產生的放大作用,其水平地震影晌系數最大值應乘以增大系數。另外《抗規》規定當工程擬建場地處于發震斷層10km以內時,輸人地震波應考慮近場影響系數,5km以內宜取1.5,5km以外可取不小于1.25。

       隔震設計常規的處理方法是采用隔震技術將邊坡放大系數和近場影響系數“消化”掉,當擬建場地處于抗震不利地段時減震目標就不宜設定太高,尤其是位于9度設防區和8度半設防區的陡坎或邊上的結構,因為這種情況下邊坡放大系數和近場影響系數是需要同時考慮的。



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