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建筑结构隔震设计中问题分析


建筑结构隔震设计中的问题分析 摘要: 对于高层隔震结构体系,由于上部结构较大的倾覆弯矩 会引起隔震层的转动,隔震层可能产生明显的竖向变形。隔震结构 的地震反应不仅要按多质点平动体系进行分析,并且要考虑结构的 摆动,可以采用多质点平动加摆动计算模型,由动力时程分析方法 计算分析高层隔震结构体系的动力反应。 关键词:高层建筑,隔震结构设计;方案分析 1 基础隔震结构体系动力分析 基础

隔震结构目前多用于 30 层以下、高宽比较小、上部结构水平 层刚度较大的建筑结构。如果上部结构层数较多、高宽比较大、层 间刚度较小,则上部结构须视为多质点体系,采用多质点模型,并需 要考虑结构的倾覆、扭转等因素。 《建筑抗震设计规范》(gb50011-2001)提出对多层隔震结构房屋, 上部结构近似看作平动,可以采用剪切型多质计算模型计算结构的 地震反应,对于高层和超高层的隔震结构体系的计算模型等都没有 给出说明。 在高烈度区地震波激励下,高层隔震结构体系的上部结构弯曲变 形已开始占了较大部分,在高烈度地区应用橡胶隔震结构,结构中 的隔震支座可能会出现一定的拉应力或者非线性变形,但是结构整 体是安全的。对于高层隔震结构体系,上部结构的倾覆弯矩较大,水 平地震作用会引起隔震层的转动,结构的垂直荷载也较大,隔震层 可能产生明显的竖向变形。对于这种情况,隔震结构的地震反应不 仅要按多质点平动体系进行分析,并且要考虑结构的摆动。因此应 采用多质点平动加摆动计算模型,如图 1 所示。 2 高层建筑结构的隔震设计 2.1 隔震设计要求 (1)设计方案:建筑结构的隔震设计,应根据建筑抗震设防类别、抗 震设防烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求,与建筑抗 震的设计方案进行技术、经济可行性的对比分析后,确定其设计方 案。 (2)设防目标:采用隔震设计的房屋建筑,其抗震设防目标应高于 抗震建筑。在水平地震方面,隔震结构具有比抗震结构至少高 0.5 个设防烈度的抗震安全储备。 竖向抗震措施不应降低。 (3)隔震部件:设计文件上应注明对隔震部件的性能要求;隔震部 件的设计参数和耐久性应由试验确定;并在安装前对工程中所有各 种类型和规格的部件原型进行抽样检测,每种类型和每一规格的数 量不应少于 3 个,抽样检测的合格率应为 100%;设置隔震部件的部位, 除按计算确定外,应采取便于检查和替换的措施。 图 1 基础隔震体系多质点平动加摆动动力分析模型 2.2 隔震设计步骤 (1)结构隔震控制目标的确定。依据设防烈度或地震危险性场地条 件以及工程的重要性,确定设防标准。 (2)结构设计。确定上部结构方案与结构布置,初步确定上部结构 构件尺寸及材料强度等级。由于设置了隔震层,上部结构所受地震 作用降低很多。因此,对柱子轴压比的限制可适当降低,柱子的截面 也可适当减少。这部分设计内容与非隔震建筑相同。 (3)隔震装置的选用。根据隔震装置的承载力、刚度、变形等性能 要求和规定,确定隔震支座的类型、个数和隔震支座的尺寸,布置并 进行隔震支座设计。 (4)结构隔震体系动力参数的确定。选择隔震结构动力计算分析模 型,确定结构的刚度、自振周期、阻尼比等动力参数。 (5)结构隔震控制验算。 计算结构地震作用和结构的加速度、 速度、 位移、隔震的水平位移、支座轴力等地震反应,确认是否满足设防 标准。 (6)隔震构造设计。包括隔震层与上部结构的连接构造、隔震支座 和阻尼器的连接构造、穿过隔震层的设备配管、配线的连接及其它 措施。 2.3 隔震层的设计及相关要求 (1)隔震装置的选取。隔震层橡胶隔震支座的布置

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