隔震周福霖

1、第12章 隔震和消能減震設計,廣州大學 工程抗震研究中心,隔震 報告人：周福霖 譚平,2010年10月27日,1,隔震概述 適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設計的原則及要求隔震設計的一般步驟橡膠隔震支座的選型與檢測 隔震結構抗震計算分析 隔震結構分部設計方法,目 錄,2,3,隔震結構 延長自振周期 地震中以柔克剛,結構反應 230%→40%,,,,4,隔震結構 能量平衡 地震中表現(xiàn),,,隔震

2、支座,,,固定基礎,,結構非線性, 變形分散,結構彈性 結構無變形,橡膠支座非線性 結構變形集中,隔震技術在各國的應用,,5,隔震概述 適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設計的原則及要求隔震設計的一般步驟橡膠隔震支座的選型與檢測 隔震結構抗震計算分析 隔震結構分部設計方法,目 錄,6,適用范圍,原3.8.1“隔震和消能…主要應用于使用功能有特殊要求的建筑及抗震設防烈度為8、9度的建筑”,新3.

3、8.1“…可用于對抗震安全性和使用功能有較高要求或?qū)ｉT要求的建筑”,,理由: 原文引起歧義 ◆地震烈度不確定性 ◆僅適用特殊要求 和 高烈度 ◆欠考慮性能設計（12.1.6）,,7,適用范圍,新的改動：取消對隔震設計結構類型限制廢除“結構基本周期小于1.0s”, 改為 “結構高寬比宜小于4 ”理由1.高寬比較周期更能反映結構的變形特點2.國內(nèi)外大量隔震建筑周期大于1s。3.國外成功經(jīng)驗,8,適用范圍,按使用功能，隔

4、震結構可用于： ◆安全性要求較高的建筑: 重要建筑,學校,銀行,保險, 首腦機關,高檔住宅,安居工程 ◆使用功能不能中斷的建筑:醫(yī)院,通訊,警察,消防,電力, 應急指揮中心,以及放置貴重設備、物品的房屋 ◆有珍貴物品的建筑或珍貴建筑:博物館, 檔案館,文物館, 歷史建筑, 紀念性建筑 ◆已有建筑物的隔震加固。,按場地類別，隔震結構可用于： ◆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類場地 ◆ 當在Ⅳ類場地建造隔震房屋時，

5、應進行專門研究和專門研究和審查,9,隔震概述 適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設計的原則及要求隔震設計的一般步驟橡膠隔震支座的選型與檢測 隔震結構抗震計算分析 隔震結構分部設計方法,目 錄,10,隔震層位置,（1）基底隔震 （有地下室） （2）首層隔震 （無地下室） （3）層間隔震 （豎向不規(guī)則）,,,,2001版規(guī)范新規(guī)范,新規(guī)范,新規(guī)范（隔震

6、層設置在下部，對中上部需專門研究）,,,,,12,結構隔震層的位置,,下沉型,抬高型,,6 種隔震方案3向地震輸入近100個試驗工況,層間隔震技術 試驗研究 (廣州大學 抗震中心),13,層間隔震：地震反應降至1/2～1/6, 抗震安全性提高2～6倍,試驗研究:震動臺,,,,14,基礎隔震,我國第一棟橡膠隔震房屋(8層住宅）汕頭 聯(lián)合國項目 1989-1993,15,基礎隔震太原市 圖書擋案館 隔震樓(6層) 1998,隔

7、震支座,,基底隔震,16,基礎隔震新疆 烏魯木齊 石化廠區(qū) 隔震住宅樓群（38棟，13萬m2）2000年, 當年世界面積最大隔震住宅群,(基礎隔震),17,11 stories （ 3 stories underground）reinforced concrete frames and shear wallsBase-isolated building,,A Central Government (7 Minist

8、ries) Office Building,基礎隔震北京中央 7 個部委聯(lián)合辦公大樓 2004（隔震大樓）,昆明新機場 隔震航站樓 (北京市設計院) Kunmin Isolation New Airport (2007-2010),18,Floor Area: 500,000 M2 (Design by Beijing Architectural Design Institute),基礎隔震: 昆明新機場 隔震航站樓

9、Base IsolationKunmin Isolation New Airport (2007-2012),19,Base IsolationRubber Bearings ： 隔震支座 1892 RB （∮1000）油阻尼器 Oil Dampers： 108 OD （D= ±600mm, F=150T ）,20,層間隔震:首層頂 隔震,首層隔震 廣東澄海 政府干部住宅樓（7層

10、）Houses buildings in southern China,首層隔震,,,21,層間隔震:首層頂 隔震首層隔震 廣州市地震監(jiān)測指揮中心 2000年,首層隔震,,,22,層間隔震:首層頂 隔震汕頭博物館 1996年Museum in Shantou City, southern China,首層隔震,,,高層建筑 首層頂 隔震,23,隔震層,,,層間隔震技術 大底盤 多塔樓,地鐵 地面交通樞紐中心 平臺住宅區(qū)——

11、北京通惠家園,24,整個二層平臺 長1300m 寬250m 難以采用基礎隔震平臺上建 17 棟 9層層間隔震住宅樓 面積 22.27萬平方米,二層平臺,,隔 震 層,大平臺： 水平地震作用降為 62％ 抗震安全性得到改善,平臺住宅區(qū),工程應用,房屋(平臺上) ：水平地震作用降為 23％ 提高安全性 4 倍,25,高層建筑 中間層 隔震（16層舊房屋加固）,,,26,高層建筑 中間層 隔震 效果,房屋承載力 包絡線隔震前隔震

12、后,隔震概述 適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設計的原則及要求隔震設計的一般步驟橡膠隔震支座的選型與檢測 隔震結構抗震計算分析 隔震結構分部設計方法,目 錄,27,28,隔震支座 國際標準（2006）,Isolation Rubber Bearing 橡膠隔震支座 ISO 22762-1 Testing method ISO 22762-2 Isolators for bri

13、dges ISO 22762-3 Isolators for buildings編制：日本，美國，中國 主編 （2001-2005),29,隔震支座 國家標準（2007）,《建筑隔震橡膠支座》 2000，建設部產(chǎn)品標準 JG 118-2000 《建筑與橋梁 橡膠隔震支座》 2007 國家標準 GB/T 20688-2007 第一部分 隔震橡膠支座 試驗方法 第一部

14、分 橋梁 隔震橡膠支座 第一部分 建筑 隔震橡膠支座,隔震支座分類,彈性滑板支座,橡膠支座,,單獨使用或復合隔震,應用最廣、最成熟,,30,橡膠支座分類,按材料分類,橡膠隔震支座(RB)：豎向支持能力，水平恢復能力鉛芯橡膠隔震支座(LRB)：具有豎向支持能力，水平恢復能力及阻尼，可單獨使用。高阻尼橡膠隔震支座(HRB)：具有豎向支持能力，水平恢復能力及阻尼，但阻尼力略不足，和其它阻尼器配合使用。,31,橡膠支座的分類,I

15、I型,按構造分類,III型,I型,I型,32,橡膠支座的分類,按極限性能分類,,,,,33,橡膠支座的分類,按剪切性能的允許偏差分類,34,35,中國已能提供“質(zhì)量高，價格適當”的產(chǎn)品系列,直徑: ?400 - ?1300 型號:有鉛（大阻尼） 無鉛（小阻尼） 性能:中柔性（中等剛度） 高柔性（低剛度） 滿足需要，出口日本，俄羅斯等,隔震概述 適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設計

16、的原則及要求隔震設計的一般步驟橡膠隔震支座的選型與檢測 隔震結構抗震計算分析 隔震結構分部設計方法,目 錄,36,隔震設計的原則及要求,1）設防目標一般應高于非隔震建筑： 通過合理設計，設防目標可達到“小震不壞、中震不壞或 輕微破壞，大震不喪失使用功能或可修”，甚至超過此目標，實現(xiàn)基于性態(tài)的設計思想。2）體型不規(guī)則時,應考慮扭轉(zhuǎn)(扭轉(zhuǎn)發(fā)生在隔震層)： 應控制隔震器的布置，盡量使隔震后的剛心與結構的質(zhì)心

17、重合，偏心率控制在3％以下，確保隔震層的變形能力。3）適用于高寬比小于4的建筑： 對高層或高寬比較大的建筑采用隔震技術時，應考慮地震荷載作用來驗算隔震支座的拉應力，控制拉應力在1Mpa以內(nèi)，同時驗算結構的抗傾覆能力，保證結構的穩(wěn)定性，防止上部結構與隔震層之間的提離。,37,隔震設計的原則及要求,4）場地類別一般為I, II, Ⅲ。5）應對非地震的水平荷載（如風荷載）加以限制： 非地震作用的水平荷載不超過結構總重力的10

18、％，保證隔震建筑的舒適性。6）穿過隔震層的設備配管和電器、通信系統(tǒng)的配線，應采用柔性連接等適應隔震層罕遇地震水平位移的措施。 7) 采用鋼筋或鋼架接地的避雷設備，應設置跨越隔震層的接地配線。,38,隔震概述 適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設計的原則及要求隔震設計的一般步驟橡膠隔震支座的選型與檢測 隔震結構抗震計算分析 隔震結構分部設計方法,目 錄,39,隔震設計的一般步驟,40,隔震概述

19、適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設計的原則及要求隔震設計的一般步驟橡膠隔震支座的選型與檢測 隔震結構抗震計算分析 隔震結構分部設計方法,目 錄,41,橡膠隔震支座的選型,,,橡膠隔震支座平均壓應力限值,形狀系數(shù),當?shù)诙螤钕禂?shù)S2小于5.0時應降低平均壓應力限值：小于5不小于4時降低20%，小于4不小于3 時降低40%。,42,橡膠隔震支座的選型,,隔震支座在表12.2.3所列壓力下的極限水平變位；應大

20、于有效直徑的0.55倍和支座橡膠總厚度3倍二者的較大值橡膠支座在罕遇地震的水平和豎向地震同時作用下，拉應力不應大于1MPa經(jīng)歷相應設計基準期的耐久試驗后，剛度、阻尼特性變化不超過初期值的±20%；徐變量不超過支座橡膠總厚度的5%倍且小于10.0mm,43,44,廢除: （12.2.8） “隔震墻下隔震支座的間距不宜大于2.0m”理由: 1. 不利于大直徑隔震支座的應用，與提高穩(wěn)定 性要求不

21、符 2. 原條文會導致隔震后結構剛度過大，影響隔 震效果 3. 國內(nèi)外隔震設計經(jīng)驗,橡膠隔震支座的選型,橡膠隔震支座的檢測,,型式檢驗和出廠檢驗應由第三方完成采用隨機抽樣方式確定檢測試件。若有一件抽樣的一項性能不合格，則該次抽樣檢驗不合格對一般建筑，每種規(guī)格的產(chǎn)品抽樣數(shù)量應不少于總數(shù)的20%；若有不合格，應重新抽取總數(shù)的50%，若仍有不合格，則應100%檢測一般情況下，每項工程抽樣總數(shù)不少于20件，每種

22、規(guī)格的產(chǎn)品抽樣數(shù)量不少于4件,45,根據(jù)國標《建筑隔震橡膠支座》GB20688.3-2006，應對工程中所用的各種類型和規(guī)格的原型部件進行抽樣檢驗,隔震概述 適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設計的原則及要求隔震設計的一般步驟橡膠隔震支座的選型 隔震結構抗震計算分析 隔震結構分部設計方法,目 錄,46,隔震結構抗震計算分析,計算模型 輸入地震波的選擇 計算結果處理 計算分析的主要內(nèi)容,,47,對變形

23、特征為剪切型的結構可采用剪切模型；當隔震層以上結構的質(zhì)心與隔震層剛度中心不重合時，應計入扭轉(zhuǎn)效應的影響；隔震層頂部的梁板結構，應作為其上部結構的一部分進行計算和設計,,48,,,,,線彈性剛度陣,滯變剛度陣,Z（t)為表征結構非線性的滯變層間位移列向量,隔震體系運動方程,49,雙線性恢復力模型,隔震支座力學模型,,(a) 天然橡膠支座 (b) 鉛芯阻尼器 (c)隔震層,50,Bouc-Wen模型,隔震支座力學

24、模型,,,(a)模型分解示意圖 (b)力與位移骨架曲線,,,,51,隔震結構抗震計算分析,計算模型 輸入地震波的選擇 計算結果處理 計算分析的主要內(nèi)容,,52,應按建筑場地類別和設計地震分組選用實際強震記錄和人工模擬的加速度時程曲線；實際強震記錄的數(shù)量不應少于總數(shù)的2/3，多組時程波的平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應譜法所用的地震影響系數(shù)曲線相比，在對應于結構主要振型的周期點上相差不大于20%。當處于發(fā)震斷層10km以內(nèi)時

25、，輸入地震波還應考慮近場影響系數(shù)：5km 以內(nèi)宜取1.5，5km 以外可取不小于1.25。,53,隔震結構抗震計算分析,計算模型 輸入地震波的選擇 計算結果處理 計算分析的主要內(nèi)容,,54,宜取多條地震波的包絡值。具體可為： 當取三組時程曲線時，計算結果宜取時程法的包絡值； 當取七組及七組以上的時程曲線時，計算結果可取時程法的平均值。,55,隔震結構抗震計算分析,計算模型 輸入地震波的選擇 計算結果處理 計算

26、分析的主要內(nèi)容,,56,計算分析的主要內(nèi)容——水平向減震系數(shù),水平向減震系數(shù)：多層建筑：按彈性計算所得的隔震與非隔震各層層間剪力的最大比值。高層建筑：隔震與非隔震各層傾覆力矩的最大比值與層間剪力的最大比值，取二者的較大值；,要點：按設計基本地震加速度（中震）輸入進行計算采用水平剪切應變?yōu)?100%時的性能參數(shù)進行計算,57,位移驗算： 大震下隔震層水平位移應小于 0.55D 及 3Tr拉應力校核： 大震下隔震支座不宜出

27、現(xiàn)拉應力，拉應力不應大于1MPa,計算分析的主要內(nèi)容——大震驗算,58,59,橡膠支座受拉試驗 (廣州大學 工程抗震研究中心),Tensile breaking σu ≧ 5 Mpa Tensile yielding σy ≧ 2.5 MPa,隔震概述 適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設計的原則及要求隔震設計的一般步驟橡膠隔震支座的選型 隔震結構抗震計算分析 隔震結構分部設計方法,目

28、 錄,60,隔震層上部結構設計－水平地震作用,,,水平向減震系數(shù),,隔震后的水平地震影響系數(shù)最大值,非隔震的水平地震影響系數(shù)最大值,調(diào)整系數(shù)：一般橡膠支座，取0.80；支座剪切性能偏差為S-A類，取0.85；隔震裝置帶有阻尼器時，相應減少0.05。,,,隔震結構分部設計方法,61,隔震層上部結構設計－水平地震作用,,隔震結構分部設計方法,62,新的改動：隔震結構的水平地震作用沿高度矩形分布改為按重力荷載代表值分布理由： 更能反映隔

29、震結構的所受地震作用的實際情況,隔震層上部結構設計－水平地震作用,,隔震結構分部設計方法,63,隔震層上部結構設計－豎向地震作用,,9度時和8度且水平向減震系數(shù)不大于0.3時， 隔震層上部結構應進行豎向地震作用的計算。豎向地震作用標準值: 8度（0.2g)、 8度（0.3g) 和9度時分別不應小于隔震層以上結構總重力荷載代表值的20%、30％和40%。,隔震結構分部設計方法,64,隔震層上部結構設計－抗震措施,,隔震后上部結

30、構的抗震措施可適當降低，降低不得超過1度,隔震結構分部設計方法,65,隔震層布置 隔震支座豎向承載力驗算 平均壓應力控制：10MPa、12MPa、15Mpa最大壓應力控制：30Mpa最大拉應力控制：1Mpa隔震層剛度和阻尼等力學性能計算隔震支座水平剪力和位移計算 隔震層與上、下部結構的連接：傳遞罕遇地震下支座的最大水平剪力和彎矩,隔震結構分部設計方法,隔震層設計,,66,隔震結構分部設計方法,隔震層下部結構設計,目標：保證

31、隔震設計能在罕遇地震下發(fā)揮隔震效果隔震層支墩、支柱及相連構件，應采用隔震結構罕遇地震下隔震支座底部的豎向力、水平力和力矩進行承載力驗算。隔震層以下的結構（包括地下室和隔震塔樓下的底盤）中直接支承隔震層以上結構的相關構件，應滿足嵌固的剛度比和隔震后設防地震的抗震承載力要求，并按罕遇地震下進行抗剪承載力驗算。,,67,隔震層以下地面以上的結構在罕遇地震下的層間位移角限值，較非隔震結構提高了一倍。,隔震結構分部設計方法,隔震層下部結構設計