隔震结构优化设计研究

隔震结构优化设计研究（共8篇）

隔震结构优化设计研究 篇1

摘要：本文归纳了优化设计在隔震结构中的关键问题, 讨论了优化设计在隔震结构中和非隔震结构两种类型下的应用影响因素、过程机理, 在此基础上, 对隔震结构在优化设计背景下的研究提出了展望。

关键词：隔震结构,优化设计,分灾设计,地震

目前关于隔震结构体系优化设计的研究还相当匮乏[1], Kelly和Inaudi[2]对线性隔震结构的最优阻尼参数进行了研究分析。Sinha和Li[3]分别建立了橡胶支座调谐吸振器、滑移摩擦隔震结构吸振器在地震激励下的微分方程式。Park和Otsuka[4]完成了隔震支座最优屈服系数OYR的拟合公式。虽然隔震结构在预防地震灾害方面有着相当的影响, 然而, 目前对隔震结构的优化处理仍然处于基础研究的水平, 工程实际中的应用也相对匮乏, 因此, 研究出能应用于工程实际的优化理论十分必要。

1 隔震结构与优化设计

经过大量理论及工程实例的研究, 基础隔震技术在结构抗震方面是行之有效的[5]。虽然隔震结构对抗震减灾方面发挥着重大的作用, 但是由于其前期的投入比一般的抗震结构投入高, 隔震结构在生活中的应用没有达到普遍使用的程度。为了促进隔震结构在现实生活中的大量应用, 降低隔震结构的费用, 优化隔震结构的参数, 成为了目前需要解决的首要问题。

优化设计[6]是在满足设计要求的各项约束条件的前提下使目标函数获得最优的最好方案。包括结构的功能优化设计、选型的优化设计、设防水平决策的优化设计和最优设计水平条件下的最小造价方案设计四个层次的内容。

从对结构的影响程度而言[7], 结构的功能优化和结构的选型优化虽然都相当重要, 但目前还没有行之有效的方法, 只停留在经验阶段, 仍然需要大量长期的研究。

李忠献[8]提出得空间复模态时程分析法, 对耗能器的参数及其分布进行了优化分析。周云[9]对粘弹性耗能器的设置分布进行优化控制研究, 提出5种不同的优化设计方法。徐赵东[10]将结构层间位移作为控制函数进行优化设计。吴泽厚、周福霖[11]运用了复形法对耗能支撑框架结构进行相关的参数优化。唐家祥、黄铭枫[12]采用遗传算法对粘弹性耗能器的分布位置进行优化。李正良[13]对耗能减震结构耗能器布置提出了一种分段优化方法。

结构优化理论在抗震设计中的研究日益深入, 程耿东[14]倡导将其应用于实际设计, 隔震结构的优化设计有益于工程师把握设计原则, 提高设计质量, 利用有限资源, 以避免出现“顾此失彼”的优化设计。李建中、袁万城等[15]认为在连续梁桥减、隔震优化设计中采用优化方法设计减、隔震支座是可行的, 优化设计的减震支座减震效果明显。基震设计是符合“投资-效益”准则的。

2 结语

本文论述了隔震结构的原理和特性, 以及优化设计在隔震结构中的应用, 指出了优化设计在“投资-效益”中的重要作用, 以及在隔震结构设计时所应遵循的设计水平准则, 为实际工程结构体系在抗震方面的研究提供了理论依据和条件基础。

隔震结构优化设计研究 篇2

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1．引言

大连某中学新建教学楼，结构形式为现浇钢筋混凝土框架结构，层高均为3.9m，共5层，建筑总高度为20.7m，室内外高差0.6m，设计使用年限为50年，总建筑面积约4000平方米。根据建筑功能要求及框架结构体系，通过分析荷载传递路线确定梁系布置方案，本工程的标准层结构平面布置如图1所示。其中，框架柱尺寸共有两种，分别为500mm500mm和550mm550mm。横向框架梁，A-B跨取250mm700mm，B-C跨取250mm300mm。纵向框架梁取800mm×300mm。标准层楼面板厚120mm，屋面板厚度为120mm。基础形式为柱下独立基础。为提高该建筑物的安全性，拟采用结构隔震方案。本文对该建筑采用隔震方案的可行性进行分析，并给出具体的隔震设计方案。

图1结构标准层平面布置图

该建筑基本周期为0.35s，小于1.0s；该建筑物总高度为21.6m，层数为5层，符合《建筑抗震设计规范》的有关规定；建筑场地为Ⅱ类场地，无液化；风荷载和其他非地震作用的水平荷载未超过结构总重力的10%。以上几条均满足现行规范中关于建筑物采用隔震方案的规定，因此该建筑采用隔震方案是完全可行的。

2.隔震方案设计

本建筑拟采用的隔震垫为橡胶隔振支座，隔震层设在独立基础顶部，橡胶隔振支座设置在受力较大的位置，其规格、数量和分布根据竖向承载力、侧向刚度和阻尼的要求通过计算确定。隔震层在罕遇地震下应保持稳定，不宜出现不可恢复的变形。隔震层橡胶支座在罕遇地震作用下，不宜出现拉应力。经计算，隔震层上部重力为：

总重力G=38407kN，其中G1 =8091.5kN，G2=7640.8kN，G3=G4 =7544.3kN，G5=7586.1kN。

由上部结构计算出每个支座上的轴向力。根据抗震规范相应要求，丙类建筑隔震支座平均压应力限制不应大于15MPa。通过试算，择优选用G6.0 GZY500-100铅芯隔震支座43个铅芯隔震支座的基本参数如表1所示。

表1铅芯隔震支座的基本参数

罕遇地震时，采用隔震支座剪切变形不小于250%时的剪切刚度和等效粘滞阻尼比。隔震层质心处的水平位移计算：根据场地条件，特征周期。罕遇地震作用下隔震层水平动刚度为

罕遇地震作用下隔震层等效粘滞阻尼比为：

因此，可得罕遇地震下结构隔震基本周期为：

根据隔震结构在罕遇地震下的阻尼比，地震影响系数的阻尼调整系数和衰减指数分别为：

则

设防烈度7度，罕遇地震，则

由，得

水平位移验算（验算最不利支座）:本工程隔震层无偏心，对边支座。边支座水平位移。由式

验算支座GZY500-100：

该最大允许位移，[u]=min{0.55倍有效直径，支座各橡胶层总厚度的3倍}

=min{0.55×500=275mm，96×3=288mm}=275mm，故支座变形满足要求。

3.非隔震与隔震设计对比。

本节采用MATLAB程序对非隔震结构与隔震结构进行大震作用下的时程分析，判断结构的减震性能。根据《建筑抗震设计规范》的建议，对罕遇地震验算采用三组强震地面运动加速度记录作为动力时程分析的地震输入。地震波选取了三条地震波，分别是Taft波、Ax452地震波和El Centro波。

下面采用三种地震波分别对各层加速度、各层间位移以及顶层加速度、顶层位移在非隔震和隔震设计进行对比，如图2-图13所示。顶层地震作用下加速度和位移非隔震与隔震设计的数值对比如表3所示。

表3顶层地震作用下加速度和位移非隔震和隔震设计下对比

由以上图和表可以看出，隔震设计后建筑在三种不同的地震作用下顶层加速度和位移均减小很多，尤其是隔震设计中的位移减震率达到86.9%，78.4%，83.2%，这表明该建筑采用本文所提出的隔震方案是可行的。

4．结论

本文针对某中学教学楼的实际工程，提出采用橡胶垫隔震方案的设计方法。首先进行了隔震方案的可行性分析，对隔震垫的位置、型号和参数等进行了设计。在MATLAB软件中，编制相关的计算程序，输入实际地震波，对该建筑采用橡胶垫隔震结构的效果进行了计算分析，结果表明采用本文所提出的隔震方案后，结构的地震响应将得到有效降低，从而可以保证建筑结构在地震作用下安全性。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）北京，中国建筑工业出版社，2002；

[2]中华人民共和国国家标准《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)北京，中国建筑工业出版社，2002；

[3]中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）北京，中国建筑工业出版社，2002；

[4]东南大学、天津大学、同济大学合编《混凝土结构设计原理》北京，中国建筑工业出版社，2004；

[5]同济大学等编《房屋建筑学》北京，中国建筑工业出版社，1997；

[6]袁聚云、李镜培、楼晓明编著《基础工程设计原理》上海，同济大学出版社，2001；

[7]龙驭球、包世华编著《结构力学教程（Ⅰ）、（Ⅱ）》北京，高等教育出版社，2000；

[8]吕西林、桂国庆编著《高层建筑结构》武汉，武汉理工大学出版社，2003；

[9]李国强、李杰、苏小卒编著《建筑结构抗震设计》北京，中国建筑工业出版社，2002；

[10]中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50011-2002）北京，中国建筑工业出版社，2002；

[11]中华人民共和国国家标准《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）北京，中国计划出版社，2001；

[12]《住宅设计规范》GB50096－1999

隔震结构基于位移的优化设计 篇3

基于性能的抗震设计方法是一种强调性能控制与资源最优化的设计方法,其设计理念已经被广泛接受和应用,是未来建筑抗震设计发展的方向[1]。目前,基于性能的抗震设计方法主要是基于变形的抗震设计方法――位移设计法[2],即以位移而非承载力作为结构抗震设计的基本控制指标。

减震控制作为一种有效的结构抗震性能控制技术,近几十年来各国已做了大量的研究工作[3,4],但是已有的研究大都是以基于承载力的抗震设计为基础展开的。然而,影响减震控制结构反应的最主要因素并非是承载力,结构的模态相对位移、定点位移、延性与减震结构的反应密切相关。因此,如何将位移设计法与隔震和消能减震控制技术相结合,发展实用、有效的隔震和消能减震结构基于位移的抗震设计方法是未来基于性能设计方法研究的重要方向。

基于位移的设计方法以位移作为结构抗震设计的基本控制指标,利用位移转换律及弹性位移反应谱求出替代结构的周期、刚度以及设计侧向力,对消能减震结构还需求出隔震和消能减震装置的等效刚度。然而,隔震和消能减震装置的刚度和阻尼均是非线性的,这一特质既保证了不同烈度地震下的不同的减震效果,也带来了分析上的巨大困难,现阶段基于位移的隔震和消能减震控制技术的研究还处于起步阶段。现在的研究就是试图从工程设计的角度出发,在确保安全的前提下,以隔震减震装置的极限位移控制为原则,既实现了减震效果的最优化,也避开了上述分析难以逾越的困难,从而实现“建筑结构的隔震设计和消能减震设计可按抗震性能目标的要求进行性能化设计”这一理想[5]。

1基于位移的隔震优化设计

1.1现有规范的隔震设计方法

隔震设计需要同时满足两个相互限制的条件,即上部结构达到减震效果的同时,罕遇地震下隔震层位移不能大于隔震器的水平极限变形。因此,隔震结构的动力分析主要围绕着求解水平向减震系数和隔震层位移这两个参数来进行。《建筑抗震设计规范》[5]规定:隔震设计应根据预期的水平向减震系数和位移控制要求,选择适当的隔震支座(含阻尼器)及为抵抗地基微震动与风荷载提供初刚度的部件组成结构的隔震层。据此,现有隔震设计的基本步骤是[6]:确定一个预期减震系数,如0.5,布置隔震层和上部结构,用初步设定的隔震器参数进行结构计算,得出小震时隔震结构与对应非隔震结构层间剪力比,验证满足原定减震系数后,再验算罕遇地震时隔震层位移,通常应较多地小于隔震器允许极限位移,以策安全。

1.2隔震设计方法的优化

隔震结构的隔震效果取决于隔震层水平刚度,刚度越小,上部结构的减震效果越好,因此,要充分发挥隔震结构隔震效果,达到最优性能,除保证地基微震动与风荷载下隔震层稳定外,应充分降低隔震层刚度。然而,在大震下隔震层的水平位移可能大于隔震器的水平极限变形,将引起隔震器和隔震结构破坏。为防止这种破坏,可采取如下工程技术措施[7]:在隔震建筑的上部结构和下部结构间建筑物四角设置横向布置的极限位移限制装置和纵向布置的极限位移限制装置,该限位装置内部的间隙小于等于隔震结构层允许的极限位移,如图1。限位装置利用磁极同性相斥的原理,在隔震层上下结构设置的牛腿面上相对布置同极性的永磁铁,确保了大地震或特大地震时上下结构相对运动时不发生硬碰撞,确保隔震器不会因超出允许变形而破坏。

上述隔震结构极限位移限制装置,可保证在隔震结构设计和施工时,可以充分地减小隔震器的刚度,达到充分发挥隔震效果的目的,同时也可以防止大地震和特大地震时隔震器发生破坏而引起隔震结构整体大破坏。

设置了隔震层限位装置的隔震结构,没有了隔震器破坏的风险,就可以采用下述隔震结构设计新思路:布置隔震器,进行罕遇地震计算,以允许的隔震器极限位移为限值调整隔震器,令隔震层刚度最小,再计算隔震结构与对应非隔震结构的层间剪力比,得到隔震结构最优减震系数,从而达到最佳减震效果,实现最佳经济和社会效益。

1.3 隔震优化设计的改进

最优的隔震效果应当是隔震结构与对应非隔震结构层间剪力比达到理论上的最小。从频发“超烈度”地震的现实看,应摈弃概率理论为依据的地震预报图——设防烈度区划图,追求隔震效果最优化。以9度设防计算,隔震结构与对应非隔震结构层间剪力比应不大于0.25,此时,隔震建筑上部结构地震力从9度的0.32 g降为7度的0.08 g,换言之,以层间剪力比不大于0.25控制设计的隔震建筑,当可抵御除极震区外的所有地区不可预计的“超烈度”地震。

上文所述的隔震层位移限值是各隔震器允许极限位移的最小值,为充分降低隔震层刚度,达到上述理想效果,可将由竖向压应力确定[5]的允许极限位移最小的隔震器优化,即将其直径放大或橡胶层加厚,以保证罕遇地震时隔震结构与对应非隔震结构层间剪力比不大于0.25且隔震层位移小于等于各隔震器允许极限位移。

按设计和施工的隔震结构,可保证大地震时结构不损坏,不影响使用功能,特大地震时结构不发生危及生命的破坏和丧失使用功能,总体抗震性能优于一般意义上的隔震结构。

2 隔震优化设计实例

2.1 工程概况

通济镇幼儿园是汶川大地震后福建省援建彭州市的项目[8],该工程抗震设防类别为乙类,抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度为0.20 g,设计地震分组为第二组,Ⅱ类建筑场地,场地特征周期Tg=0.40 s,建筑面积约为2 400 m2,无地下室,结构主体为框架结构,地上3层,局部4层,建筑高度约13.5 m。

隔震层设置在底层楼板与基础面之间,隔震支座的规格、数量和分布由竖向承载力、侧向刚度和阻尼等综合确定。原设计经初步测算及优化选型,确定每个柱下布置一个隔震支座,共40个隔震支座,其中GZY400型有30个,GZY500型有10个,具体布置见图2。

2.2 原设计分析计算主要结果

结构分析计算软件为MIDAS/Gen,以三条地震波(EI-centro波、Taft波及T1-II-1波)进行时程分析,将记录峰值分别调至多遇地震加速度峰值70 cm/s2,罕遇地震加速度峰值400 cm/s2进行计算,隔震与非隔震结构在多遇地震作用下上部结构的层间剪力比和罕遇地震作用下层间位移的计算结果(取三条地震波计算结果的平均值)如表1所示。

2.3 隔震设计的优化

优化设计1:将带铅芯GZY400型支座均改为不带铅芯的GZP400型支座,GZY500型支座不变,采用同上计算方法,分析结果列于表2。

优化设计2:将GZY400型支座均改为GZP400型支座,10个GZY500型支座改为6个GZP500型和4个GZY500型支座,采用同上计算方法,分析结果列于表3。

由表1、表2、表3可见,隔震与非隔震结构层间剪力最大值均出现在1层,原设计(表1)X向的层间剪力比为0.348,Y向层间剪力比为0.311,罕遇地震作用下隔震层最大层间位移分别为128.2 mm和128.3 mm。优化设计1的X向层间剪力比为0.333,Y向层间剪力比为0.297,罕遇地震作用下隔震层最大层间位移分别为170.8 mm和171.2 mm。优化设计2之X向的层间剪力比为0.320,Y向层间剪力比为0.286,罕遇地震作用下隔震层最大层间位移分别为183.6 mm和183.8 mm。通过对比分析可以发现,优化之后,结构的最大剪力得到有效降低,同时隔震层的位移仍小于极限位移,优化设计效果明显。

3 结论

本文提出一种隔震控制优化设计方法,通过在隔震层设置限位装置,直接采用目标位移作为设计值,在设计初期就明确了设计结构的性能水平,把结构设计成在地震作用下达到某一极限状态,使得设计的结构具有一致的可靠性,而不是传统基于承载力设计,位移只是一个限值验算,从而在根本上实现了等风险结构设计。该优化设计方法明确地控制了结构的抗震性能,确保了能够最大限度地有效隔离、耗散输入结构的地震能量,方法简便有效,是减震控制结构基于位移设计方法的最佳实践。

摘要：探讨了基于位移的隔震优化设计方法及其实现形式,即通过在隔震层设置限位装置,直接采用目标位移作为设计值,由此明确了结构的目标性能,并确保能够最大限度地隔离和耗散地震传入结构的能量。通过一个实际工程的隔震优化设计表明,隔震结构的目标性能得到了改善,同时隔震器的特性也得到了充分利用。

关键词：基于位移,隔震,位移限制,优化设计

参考文献

[1]马宏旺,吕西林.建筑结构基于性能抗震设计的几个问题.同济大学学报,2002;(12):1429—1434

[2]谢礼立,马玉宏.现代抗震设计理论的发展过程.国际地震动态,2003;(10):1—8

[3]周福霖.工程结构减震控制.北京:地震出版社,1997

[4]唐家祥,刘再华.建筑结构基础隔震.武汉:华中理工大学出版社,1993

[5]建筑抗震设计规范(GB50011-2010).北京:中国建筑工业出版社,2010

[6]福州市规划设计研究院,夏昌.隔震结构中隔震结构层极限位移的限制装置.GB201020166825.8,2010—8—27

[7]党育,杜永峰,李慧.基础隔震结构设计及施工指南.北京:中国水利水电出版社,2007

基础隔震结构设计方法研究 篇4

对隔震建筑进行抗震设计的原则是尽可能减小上部结构的地震作用,并将隔震支座的变形控制在允许的极限变形范围内。上部结构吸收的能量与隔震层相比非常小,若上部结构能够抵抗与其刚体状态相称的地震作用,就能从为确保通常建筑物所要求的能量吸收能力的种种制约条件中解放出来[1]。另外通过排除隔震层的偏心,基本上能够消除由上部结构的能量和刚度偏心所引起的扭转振动产生的不良影响。因此,隔震建筑和传统的建筑相比,前者的设计自由度更大。

1 隔震建筑概况

1)隔震建筑由基础结构、隔震支座和阻尼器构成的隔震层、以及上部结构组成。2)对于地震作用以外的荷载和外力,隔震建筑的设计和传统结构相同。3)在研究设计地震动输入时建筑反应的基础上,设计隔震层和上部结构。这些分析研究可以对建筑物的横向和纵向独立进行。4)假设上部结构为刚体时,适当配置隔震支座和阻尼器避免隔震层出现偏心。根据设计地震动输入反应分析所得到的隔震支座的最大位移和最大轴力,以及阻尼器必要的能量吸收能力,要确保在各隔震装置的容许值范围内。5)针对设计地震动作用下的应力,可以对上部结构进行容许力设计。6)基础结构和传统建筑一样,要使其不发生过度沉降、转动或水平移动。

2 隔震结构设计

考虑到我国的隔震结构应用现状,结合我国GB 50011-2001建筑抗震设计规范[2](以下简称《抗规》),保证设计的可延续性,引入将简化估算方法和相对较为精确的时程分析方法相结合的思路,即为两阶段设计法[3]。两阶段设计法的具体内涵是在工程方案阶段,采用简化估算方法,便于快速提供在特定场地条件和结构体系以及隔震装置条件下的设计方案,为业主和设计单位提供决策参考;在施工图设计阶段依据我国现行的相关标准采用相对较为准确的时程分析方法,便于最终确定和优化布置、装置参数。其中,隔震结构第二阶段设计是保证结构隔震效果的关键步骤,为更好地推广隔震结构在设计上的应用,在设计计算过程中需要进一步明确隔震结构第二阶段设计中各部分计算模型及计算简图。

2.1 隔震结构时程分析

隔震结构的第二阶段设计是通过时程分析计算结构的地震需求和能力,对隔震装置的布置和装置参数的选取进行优化配置,进而设计出满足不同设防水平下结构预期性能目标合理的、经济的结构。隔震结构计算模型,按《抗规》规定,包括隔震支座、隔震层顶板的梁板结构及上部框架结构,简化为多个集中质点的剪切形结构,示意图如图1所示。隔震层水平刚度和等效粘滞阻尼比可根据隔震支座的性能参数Kj,ζj按下列公式计算:

其中,ζeq为隔震层等效粘滞阻尼比;Kh为隔震层水平动刚度;ζj为j隔震支座由试验确定的等效粘滞阻尼比;Kj为j隔震支座(含阻尼器)由试验确定的水平动刚度。

隔震结构水平向减震系数,应根据结构隔震与非隔震两种情况下各层层间剪力的最大比值,按《抗规》表12.2.5确定。同时还要验算隔震结构在罕遇地震作用下,隔震层的最大位移是否满足最大位移要求。另外,隔震结构体系进行时程分析时,输入加速度波形应符合抗震规范对地震波选取的标准要求[4]。

2.2 上部结构分析

和传统抗震房屋相比,隔震结构如果不设地下室,为了保证隔震层能够整体协调工作,隔震层顶部应设置平面内刚度足够大的梁板体系。《抗规》要求,隔震层顶部的梁板结构,对钢筋混凝土结构应作为其上部结构的一部分进行计算和分析。因此在采用PKPM等结构设计软件进行上部结构设计时,隔震层顶部梁板的作用不能忽略,所采用的计算简图也与传统的抗震结构有所不同。

隔震结构设置了隔震层,从隔震层支座的受力来分析,隔震支座能传递上部结构的轴力和水平向剪力,但不能承担上部结构传来的弯矩。因为设计时取隔震层顶部梁板的刚度大于一般楼层梁板,目的就是使底层柱弯矩基本由隔震层顶部梁来分担。从支座变形来分析,隔震支座竖向变形很小,可以忽略不计,但在水平方向可发生较大位移,但位移值有一定的限制。因此,可以将隔震支座简化为一个铰支座和水平弹簧的组合,但考虑到PKPM等结构设计软件中没有相应的支座形式。当隔震层顶部梁板刚度较大,且嵌固形式可假设成无限刚性时,将隔震支座近似简化为铰支座进行设计计算。

隔震层顶部梁板平面内刚度很大,而柱的刚度较小,柱底的变形可以忽略不计。因此,可以将隔震建筑上部结构柱底进一步简化为固定端,与传统的抗震结构相比,该简化模型的底层层高从隔震层顶部梁板顶标高算起。

2.3 下部结构设计

下部结构通常是指隔震层以下的部分,不包括基础。《抗规》中规定的隔震层以下结构(包括地下室)的地震作用和抗震验算,应采用罕遇地震下隔震支座底部的竖向力,水平力和力矩进行计算,并且应该考虑隔震层水平位移产生的附加影响,受力如图2所示。要精确计算罕遇地震下的下部结构的竖向力,需要对隔震结构进行弹塑性时程分析,但计算非常复杂,时间周期较长,不利于隔震结构的推广应用。因此,在设计计算中,假设隔震结构在罕遇地震下,其上部结构仍保持弹性,取罕遇地震下的等效水平刚度和等效阻尼比,对隔震结构进行罕遇地震下的时程分析,可以求得罕遇地震下隔震层水平位移、隔震层剪力、隔震层倾覆力矩。

其中,N为罕遇地震作用下上部结构隔震后的柱底或墙底轴力;V为隔震支座罕遇地震下的剪力;M为罕遇地震下下部构件上作用的弯矩。

《抗规》隔震支座的水平剪力应根据隔震层在罕遇地震下的水平剪力中各隔震支座的水平刚度分配,如下式所示:

其中,∑V为罕遇地震作用下隔震层的水平剪力;Khi,∑Khi分别为罕遇地震下的隔震支座水平刚度、隔震层水平总刚度。

3 结语

在隔震结构两阶段设计法的第二阶段,隔震结构各部分采用适当的简化模型进行设计计算,能够满足设计的精度要求,同时能有效地节省设计周期,有利于隔震结构的推广和应用。

参考文献

[1]沈聚敏,周锡元.抗震工程学[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.

[2]GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].

[3]孙柏锋.隔震结构设计方法研究[D].昆明:昆明理工大学硕士学位论文,2007.

[4]王亚勇,戴国莹.建筑抗震设计规范算例[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[5]党育,杜永峰,李慧.基础隔震结构设计及施工指南[M].北京:中国水利水电出版社,2007.

隔震结构优化设计研究 篇5

我国大部分地区都位于地震带上, 每年发生地震的几率十分的大, 因此对建筑物进行耐震设计是十分必要的, 传统的耐震技术主要考虑强度和韧性, 随着我国地震的频繁发生, 隔震和消能是耐震设计的两种耐震新技术。

1 隔震建筑

将隔震层设置在建筑物基面称之为隔震建筑物, 又隔震组件构成隔震层, 该类隔震组件的侧向刚度较低, 其目的是增大隔震建筑物的周期, 使得作用于结构上的地震力降低。建筑物的位移随着结构周期增大而加大, 消能构件的作用是提高阻尼比, 又降低了结构位移。铅心橡胶支承垫为最常用的隔震构件, 铅心的作用是消能, 在水平剪力作用下, 橡胶层低劲度的特性完成了增加结构的周期的目的。该隔震组件在经过多次作用后, 强度、劲度以及消能的能力基本保持不变, 说明其具有稳定的消能特性。

将隔震层上部结构视为刚体是隔震建筑物的重要特性, 这是因为, 相对于隔震层, 上部结构要硬很多, 在地震作用下, 隔震层的相对位移较大, 而上部结构的相对位移较小。

2 超高层建筑物隔震设计方法

2.1 隔震基本原理

建筑结构基础隔震的基本思想为:隔震层设置在上部结构与基础顶面之间, 隔震层必须具有可靠、较小的水平刚度的特性, 地震传入结构的能量通过阻尼器 (设置在隔震层中) 吸收, 使得结构的地震响应降低, 结构的可靠度提高, 属于结构被动控制技术。如图1所示, 我们可以发现, 设置隔震层后, 增大了结构的水平自振周期, 较为显著的控制了结构的加速度。即在A点、B点, 其阻尼比一样, A点的加速度为B点的3倍。在结构的位移反应谱中, 可以得到结构的自振周期加大, 使得结构的位移反应也增大, 但是位移反应随着结构阻尼的增大而减小的结论。即B点、C点, 其自振周期均为T1, C点的阻尼大于B点, C点的位移为B点位移的一半。

由此可以得出, 隔震层合理布置, 选取最优组合的水平刚度和阻尼, 则较非隔震结构相比, 结构的加速度以及位移均较小。

2.2 影响隔震效果的因素

第一, 周期较长建筑物的隔震效果。

建筑物基本振动周期增大是隔震建筑物的最显著的抗震作用, 一般超高层建筑物的自振周期均大于3s, 在进行隔震设计后, 其自动周期尽管增加到大于5s, 但是由此造成的加速度反应的变化不大, 可以较为显著的增大结构的阻尼比, 明显的减小了结构的地震反应。

第二, 倾覆作用造成隔震组件受拉力, 拉力是隔震组件在设计时必须要考虑的因素之一。

第三, 风力作用

地震作用是隔震设计不能忽视的另一重要因素, 但需要进一步讨论的是隔震组件对于风力或者小地震的功效。

2.3 隔震设计方法

第一, 隔震层布置。

设计竖向受力构件截面的方法:初选竖向受力构件截面的标准为增大系数乘以竖向荷载产生的压力, 乘以增大系数的原因是在地震作用下, 增大了竖向受力构件的轴力。该原理为抗震设计之初, 截面的选取方法。在隔震设计中, 隔震支座的承载力设计值的地震效应组合应该选取罕遇地震, 这是与竖向受力构件的区别所在。

对中低层结构进行隔震设计中, 我们依然可以选取竖向荷载产生的压力值乘以增大系数为隔震支座的支座平均压应力设计值, 这是因为, 在此类结构中, 水平地震作用的绝对控制作用一般不明显。但是该方法不适用于超高层隔震结构设计, 在超高层隔震结构中, 地震作用的效果通常很大, 在地震作用下以及物地震作用时, 隔震支座处的竖向内力变化显著, 如果依然沿用上述方法, 会造成反复混乱的调整隔震支座的现象, 不能有效的进行隔震设计, 浪费了大量的精力和时间。通常选取以下方法进行隔震支座的设计:

水平地震作用至少降低为原来的1/2, 这是隔震建筑的要求, 诸多工程实例显示, 尽管隔震结构在超高层中的减震效果没有在中低层结构中好, 超高层结构的水平地震作用也可以降低到原来的0.33以下。基于这个原理, 对于超高层的结构, 在进行隔震层上部结构的建模过程中, 输入结构的罕遇地震作用应为原来的0.33至0.5, 由此得到的结构底部的竖向反力, 隔震支座轴力设计值可选取该计算值。在风荷载、地基微震动的作用下, 可以保证结构的稳定, 选择隔震层抗风装置的依据为该高层结构在风荷载 (在20～30年一遇) 的基底剪力计算值, 同时设置阻尼较大的装置如铅芯橡胶隔震支座在隔震层边角处, 这样做的目的是防止在罕遇地震作用下, 隔震层的位移和扭矩太大。

预埋钢板及配件、连接板的设计是隔震支座设计的主要内容, 隔震支座的连接。作为隔震支座重要组成的连接钢板, 如图2所示。隔震支座的传力过程为:通过连接板的螺栓, 将作用在隔震支座上的剪力传到预埋钢板, 再通过可靠的连接件 (预埋锚杆或锚筋) 将力传到周围的梁柱 (或墙) 。打开螺栓, 即可更换隔震支座。该方法, 不仅保证了可靠连接, 还使更换支座简单可行。

第二, 分析验算。

隔震支座应力、地震作用下的层间剪力、隔震层位移验算, 层间位移、风荷载下的结构稳定性验算、结构顶部加速度减震效果的分析等均应该做罕遇地震下的验算分析。为了使得结构的抗倾覆稳定性满足要求, 必须保证隔震层位移验算以及隔震支座应力必须满足要求。

3 超高层隔震建筑设计流程与设计要点

在进行超高层建筑隔震设计时, 从设计初期就不能忽视隔震结构与非隔震结构的区别, 超高层隔震设计流程图见图3。在设计时, 应该注意一下几点:

第一, 场地选择, 软弱场地和液化地基不建议进行超高层隔震建筑的基础隔震设计。

第二, 判定高宽比的依据是表1, 此时, 可以根据场地条件、柱网、层高、剪力墙布置等其他条件适当调整。

第三, 协调好柱网、剪力墙与其他结构布置、建筑设计的关系, 选取最优的平面布置方案。

第四, 当结构的偏小较大, 抗扭刚度较小, 纵向平动周期小于扭转周期时, 不宜进行基础隔震设计。

第五, 隔震效果由隔震与非隔震设计的最大的层间剪力比确定, 要保0.5度的安全储备。

第六, 如果隔震验算结果不能满足要求, 需要调整上部结构和隔震层, 调整具有针对性即可等。

小结

地震给人们带来巨大的灾难, 严重威胁着人们的生命财产安全, 随着城市化进程的发展, 越来越多的超高层建筑屹立于城市之中, 对超高层建筑进行隔震设计是十分必要的, 隔震层的设计应该根据建筑的具体情况进行, 满足规范的要求。

摘要：抵御地震灾害的有利手段之一是基础隔震技术, 对于超高层建筑, 一般多选取铅心橡胶隔震组件与消能组件组合或者其他多种隔震组件相互组合等作为隔震系统。但是相对于中低层建筑, 超高层建筑的隔震效果较差, 本文探讨了超高层建筑隔震设计的概念, 以及设计方法和设计流程。

关键词：超高层,隔震,结构设计

参考文献

[1]赵思强, 杨志文.超高层隔震建筑物结构设计技术[J].中国新技术新产品, 2009, (16) .

[2]孙晓婷, 韩瑞娇.高层隔震建筑构造设计[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2011, (31) .

[3]杨志文.建筑物隔震消能结构设计分析[J].科技致富向导, 2011, (3) .

砌体结构的隔震设计与分析 篇6

本工程为山西省霍州市曹村矿锦绣家园住宅小区一期住宅楼, 位于霍州市曹村矿区内。本工程地上7层, 无地下室, 1层为商铺, 2层~7层为住宅, 结构型式为砌体结构, 采用隔震技术。其中结构总长度41.760 m, 总宽度为10.780 m, 总高度21.000 m, 室内外高差0.3 m。建筑结构安全等级:二级;建筑抗震设防类别:丙类;抗震设防烈度:8度, 设计基本地震加速度值为0.20g, 采用隔震技术后上部结构:7度, 0.10g, 下部结构8度, 0.20g, 底部托墙梁抗震等级为二级;设计地震分组为第一组, 建筑场地类别为:Ⅱ类。

2 隔震橡胶选型

根据一层底板下柱支墩最大轴力组合值确定的支座规格型号及布置形式如下:

支座布置为两种类型建筑隔震橡胶支座 (有无铅芯) , 位置位于底层楼板下, 共两种规格:

铅芯型建筑隔震橡胶支座:JZY4Q 420×181, 共54件, 布置在外围角柱支墩及楼梯支墩下, 支座编号1~50, 82~85;

无铅型建筑隔震橡胶支座:JZY 420×181, 共73件, 布置在内部中柱支墩下, 支座编号51~81, 86~127。

具体布置情况见图1。

建筑隔震橡胶支座的参数见表1。

3 动力分析与计算

隔震与非隔震结构自振周期比较见表2。

1) 所选用的地震波。本结构隔震分析采用etabs软件进行, 由于该建筑位于Ⅱ类场地, 设计地震分组为第一组, 拟采用三条地震波对其进行时程分析:经验算 (见表3) , 此三条波所得底部剪力最大值均大于反应谱法所得结果, 故满足《抗震规范》中关于弹性时程分析计算结果与反应谱法的对应关系, 即每条波的基底剪力不小于反应谱法的65%, 三条波的平均值不小于80%。

2) 验算支座平均压应力和拉应力。根据GB 50011-2010建筑抗震设计规范, 支座平均压应力设计值应按永久荷载和可变荷载组合计算, 对需验算倾覆的结构应包括水平地震作用效应组合;对需进行竖向地震作用计算的结构, 尚应包括竖向地震作用效应组合。本工程按GB 50011-2010建筑抗震设计规范, 主体结构高21.9 m, 隔震支座布置跨度10.78 m, 故隔震结构的高宽比为2.03, 不需验算结构倾覆问题。

本工程按GB 50011-2010建筑抗震设计规范的规定, 橡胶支座在罕遇地震作用下的平均压应力不得大于丙类建筑的压应力限值15 MPa, 拉应力不应大于1 MPa。为此, 表4和表5分别列出了在荷载组合:1.2×恒载+1.4×活载作用下支座的反力及支座的平均压应力。

从表5中可以看出, 隔震支座最大竖向压应力14.05 MPa, 小于压应力允许值15 MPa, 计算竖向地震作用下支座X, Y方向的支座拉应力均为负值, 即不会有拉应力, 小于拉应力允许值1.0 MPa, 满足GB 50011-2010建筑抗震设计规范的相关规定。

多遇地震作用下结构层间剪力比见表6。

k N

MPa

由表6可知, 该结构在波作用下的最大层间剪力比为0.40, 即水平向减震系数β=0.4, 符合《抗震规范2010》12.2.5第2款要求“隔震层以上结构的抗震措施, 当水平向减震系数大于0.40时 (设置阻尼器时为0.38) 不应降低非隔震时的有关要求;水平向减震系数不大于0.40时 (设置阻尼器时为0.38) , 可适当降低本规范有关章节对非隔震建筑的要求, 但烈度降低不得超过1度, 与抵抗竖向地震作用有关的抗震构造措施不应降低。此时, 对砌体结构, 可按本规范附录L采取抗震构造措施”。

注:与抵抗竖向地震作用有关的抗震措施, 对钢筋混凝土结构, 指墙、柱的轴压比规定;对砌体结构, 指外墙尽端墙体的最小尺寸和圈梁的有关规定。

3) 罕遇地震作用下支座的水平位移验算。根据我国GB 50011-2010建筑抗震设计规范, 12.2.3款隔震层的橡胶隔震支座应符合要求, 隔震支座在丙类建筑压应力下的极限水平位移, 应大于其有效直径的0.55倍和支座内部橡胶总厚度的3倍二者的较大值。

mm

mm

其中表7是三条波作用下各隔震支座的最大水平位移, 表8则是对罕遇地震下支座的最大位移响应及位移限值作对比, 可见均满足最大位移限值要求, 由此可见, 各支座最大位移没有超越规范限值, 满足规范相关要求, 说明隔震支座选择基本合理。

4) 上部结构层间位移角验算。根据我国GB 50011-2010建筑抗震设计规范, 对框架结构应进行多遇地震和罕遇地震作用下的层间位移验算。在多遇地震作用下, 层间弹性位移角限值为1/550, 在多遇地震作用下, 上部结构的层间弹塑性位移角限值为1/50。表9, 表10列出了多遇及罕遇地震作用下上部结构的最大层位移和最大层间相对位移。

由表9可知, 多遇地震作用下, 结构的最大弹性位移角为7/4 300=1/615<1/550, 满足GB 50011-2010建筑抗震设计规范的规定;由表10可知, 罕遇地震作用下, 结构的最大弹塑性位移角为17/4 300=1/253<1/50, 也同样满足GB 50011-2010建筑抗震设计规范的规定。

4 结语

隔震技术是40年来地震工程最重要的成果之一, 隔震建筑是一种成熟、经济、有效的防震减灾结构形式, 基本实现了“中震不坏, 大震可修”的目标, 地震时不仅建筑本身免遭破坏, 也保护了建筑内的设备物品, 使得震前的功能不丧失。砌体结构采用隔震技术后, 作用于上部结构的地震作用显著减小, 可以实现上部结构降一度设计的要求, 并保留了一定的安全度, 隔震结构将逐步成为准主流结构之一。

参考文献

大底盘多塔结构的隔震设计 篇7

1工程概况

本课题基于唐山某医院项目,该项目位于唐山市风景区南湖西片区内,紧邻万科南湖别墅住宅区,总用地面积58824.06 m2,包含医疗综合大楼、传染楼、制剂楼、后勤楼、液氧站五个子项,总建筑面积为147572 m2,其中地下为31469 m2,地上为116103m2。本次采用隔震设计的建筑为医疗综合大楼,隔震层设置在地下一层与首层之间,其总建筑面积为138888 m2,设有两层地下室(部分设有一层地下室),各栋楼地下部分连为一体,地上部分在各楼之间设置防震缝互相脱开。

2隔震技术的优势

2.1抗震设防的必要性

根据《唐山市防震减灾管理条例》规定,2011年3月后,当地的医院和学校地震作用均按9度计算,故本项目地震作用按照9度计算,且根据地勘报告显示,本项目场地土类别为Ⅲ类场地,按照以上抗震设防的有关参数,混凝土常规结构体系已无法满足本工程抗震设防要求,经过综合比较,医疗综合大楼采用隔震方案。

2.2建筑功能使用上的必要性

采用传统的抗震结构体系(框架剪力墙结构或钢结构)很难实现上述设防目标。即使采用传统抗震结构加强抗震措施勉强达到上述目标,其结构构件的大小及布置也会严重影响建筑功能的布局,降低建筑面积的使用率,影响整体外立面效果。

3隔震计算

本工程采用MidasG EN8.0进行非隔震模型时程分析与隔震模型时程分析,采用PKPM2012进行隔震后结构设计计算。其中A1,A3,A4,B1,B3,B5区域采用框架结构,A2,B2,B4,B6区域采用框架-剪力墙结构。

3.1大底盘隔震模型

医疗综合楼首层以上以抗震缝分割为十个结构单体,若十个结构单体从首层断开各自独立采取隔震设计,则两相邻隔震单体之间须预留足够大的水平隔震缝D(D≥相邻隔震单体水平位移之和、且不小于400 mm),而医疗综合大楼从建筑使用功能上为一个独立的综合大楼,若以D值将十个单体逐个分离,同时保证整个大楼的连通性,势必会严重影响建筑方案,故本次隔震设计结构采用以首层楼板为大底盘,首层以上设置抗震缝划分十个单塔的隔振计算模型。

3.2隔震层位置

目前隔震设计分基础隔震和层间隔震两种方案。基础隔震是将隔震支座放置于基础之上,有效利用基础刚度大的优点,将结构整体隔震,且结构体系中竖向交通核(混凝土核心筒)的构造处理极为方便,但为了形成隔离缝,须沿地下室外墙周边再设置挡土墙,由此会大幅提高工程造价,严重削弱因隔震设计带来的整体经济效益。本工程含两层地下室,若采取此种方法,本部分工程造价更会大幅提高。

层间隔震一般在首层以下设置隔震夹层,即首层及以上结构按照隔震设计,首层以下按照非隔震设计。隔震夹层在建筑功能上起到设备夹层的作用,且隔离缝仅需要在隔震夹层处设置,大大减小了挡土墙的工程量,故本工程的隔震设计采用层间隔震。

综上所述,本工程的隔震计算模型是以首层楼板为大底盘的多塔隔震计算、采用在0.00~(-2.30)m设置隔震支座的层间隔震且局部结合基础隔震(仅A2,B2,B4,B6区)。

3.3水平向减震系数计算

(1)隔震支座选择,本工程为重点设防类建筑,根据《建筑抗震设计规范》GB50011-201012.2.3条,橡胶隔震支座在重力荷载代表值下竖向压应力不应超过按12 MPa。

(2)水平向减震系数计算原则,整体模型:按照时程分析方法,以设计基本地震加速度分别计算隔震与非隔震各层层间剪力的最大比值、隔震与非隔震各层倾覆力矩的最大比值,取以上两者的最大值。

(3)单体模型,将单体模型分为单体高层模型和单体多层模型。首先将各单体按照体型、结构体系及T1一致的原则进行分组,每组选择代表单体进行计算。对于单体高层模型,按照时程分析方法以设计基本地震加速度计算,比较各单体隔震与非隔震各层层间剪力的最大比值和隔震与非隔震各层倾覆力矩的最大比值,取以上两者的最大值。对于单体多层模型,按照时程分析方法以设计基本地震加速度计算,比较各单体隔震与非隔震各层层间剪力的最大比值。

4大底盘多塔结构

4.1首层楼板的分析

本次隔震设计结构采用以首层楼板为大底盘,首层以上设置抗震缝划分十个单塔的隔振计算模型,因需要协调地上多个单塔的位移变形,故对首层的刚度要求很高,本工程首层采用主梁加厚板结构体系,楼板350 mm,主梁500 mm×900 mm,并以场地波JY-1进行罕遇地震下的时程分析计算,分析得知,首层楼板的平面内轴向拉应力基本在1.0~2.30 MPa之间,常规现浇混凝土楼板无法满足此轴向拉应力,故首层结构做预应力结构,控制楼板可承受的轴向拉应力大于等于3.0 MPa。

4.2核心筒基础隔震与层间隔震的协调变形

对这部分内容的分析模型全楼采用弹性板假定,保证基础隔震的核心筒在-2.30 m~隔震支座上节点整个高度上剪力墙变形的一致性,取同一投影位置的三个点,分析这三个节点在JY-1地震波罕遇地震(9度0.62 g)作用下的位移函数。分析结果表明在绝大部分时间内变形是充分一致的,整个核心筒的抗侧刚度完全可以满足上述位移差的要求。

5结语

本文对大底盘多塔楼隔震建筑结构体系进行了系统的整理,对该结构体系进行了系统分析,并结合唐山某医疗项目详细介绍了大底盘多塔隔震建筑的设计流程与设计要点,得到了对工程具有参考价值的结论。

(1)隔震结构在高烈度区重要建筑的设计中可以更好的使建筑物达到设防目标,提高建筑的使用要求和外观效果。

(2)对于地下部分相连,地上分为较多单体的大底盘隔震建筑,可根据地下室的具体情况,选择采用基础隔震或层间隔震的设计方法,以节约成本。

(3)大底盘多塔隔震建筑对首层刚度有很高的要求,在设计中应选择较大的楼板厚度与主梁截面,并应进行罕遇地震下的时程分析计算,保证结构安全。

摘要：以唐山市某医疗项目为例,介绍了采用大底盘隔震技术建筑的设计方法,为隔震技术在医疗建筑设计中的运用积累了宝贵经验。通过分析比较,阐明了隔震技术在高烈度区医疗建筑的设计中具有保证结构安全,提高建筑使用功能,降低建设成本等明显优势。

关键词：隔震技术,大底盘,设计,计算

参考文献

[1]卫晓峰.浅谈大底盘多塔楼高层建筑结构的设计分析[J].城市建设,2010,(2).

[2]王曙光.高层建筑结构隔震设计关键问题[J].南京工业大学学报(自然科学版),2009,31(1).

基础隔震结构性能设计思想浅谈 篇8

基于性能的抗震设计思想与传统的抗震设计思想最大的不同在于:它不仅考虑单体抗震设防, 而且同时考虑保护单体和所在系统的安全;不仅考虑结构自身的受力变形行为, 而且考虑建筑在受力状态下的使用行为;将单一的设防标准改变为满足不同性能要求的可选择的防御目标。基础隔震结构具备实现结构性能设计目标的优越条件。

1) 国内外大量隔震结构在实际地震中良好的性能表现符合基于结构性能设计的思想与需求, 采用基础隔震结构, 不仅可以减小输入上部结构的地震能量, 减小主体结构的变形, 而且能够有效衰减上部结构加速度反应, 保证建筑物内人的使用舒适性和物品设施的安全性[1~2];

2) 基础隔震结构在地震作用下的灾变行为集中, 上部结构基本上处于“整体平动”状态, 结构层间的相对变形较小, 因此, 在一定的设计条件下, 可以将上部结构视为刚体, 将实现结构性能目标的焦点集中在隔震层的受力行为上, 从而避开了上部结构构件非线性受力行为的复杂性;

3) 基础隔震结构受力明确, 力学模型简单, 计算方便, 并且叠层橡胶隔震支座的力学性能比较稳定, 隔震支座性能试验可以足尺进行, 数据可靠, 简便价廉, 避免了结构整体模型试验的近似性和代价高昂性;

4) 基于性能的抗震设计方法可具有多级性能设防目标, 基础隔震结构可以方便多级性能目标的选择, 在一定的设计条件下, 可以不需改变上部结构设计与构造, 而只需改变隔震层设计参数。

2 理论依据

2.1 基础隔震结构的动力学原理

由结构动力学可知, 结构的一般动力微分方程为:

结构设计的目标是使结构的激励响应xs尽可能减小, 其基本的方法就是调整结构的M, C, K或通过施加外力F (t) 来达到设计目的, 使得结构响应xs能够满足结构主体及其附属构件、建筑内部人员及其设施的安全与正常使用功能所允许的响应限值。而基础隔震结构恰好可以通过设置隔震层来方便地调整结构的刚度K和阻尼C, 从而改变结构的自振频率ω, 延长结构自振周期T, 增强结构的吸能与耗能能力, 以大大减小结构的地震反应, 降低地震作用对上部结构的破坏能力[3]。

2.2 基础隔震结构反应谱特性

建筑物的地震反应取决于自振周期和阻尼特性两个因素。当结构采用隔震措施后, 建筑物的基本周期 (T1) 大大延长, 避开了地面运动的卓越周期, 使建筑物的加速度大大降低, 并且基础隔震结构地震反应一般以第一振型为主, 且该振型不与其他振型耦联, 整个上部结构像一个刚体, 加速度沿结构高度接近均匀分布, 上部结构自身的相对位移很小。若适当增大隔震结构的阻尼, 则加速度反应继续减小, 位移反应得到明显抑制。

2.3 基础隔震结构的性能特点

在基础隔震结构中, 由于隔震层的设置使得结构的力学性能发生较大改变, 一方面由于隔震层的刚度较小, 使得隔震结构在地震作用下的变形集中在隔震层, 上部结构呈“整体平动”状态, 层间变形大大减小, 从而避免了上部结构构件因大变形产生的破坏;另一方面, 由于隔震层刚度的改变使得结构的自振周期延长, 上部结构加速度大大减小, 从而减轻了室内人员的不舒适感, 防止了室内物品及设施的振动、移动和翻倒、管线网络的破坏与中断, 保障了地震时及震后建筑物的使用功能, 减少地震次生灾害的发生。

3 工程案例分析

3.1 工程概况

某8度 (0.2 g) 抗震设防地区一幢8层钢筋混凝土框架结构作为基础隔震结构的上部结构 (如图1所示) , 保持隔震层上部结构设计条件不变, 通过改变隔震层参数设置、地震作用水准、建筑设防环境等条件, 对比分析上述各因素对上部结构地震反应性能的影响。其隔震参数及分析工况设计分别如表1~3所示。

3.2 结构性能分析与目标评价

通过采用等效侧力法、反应谱法和时程分析法三种计算方法对各工况下隔震结构地震反应性能对比分析[4], 以结构层间位移角和楼层加速度为控制指标, 参照文献[4]建议的基础隔震结构性能设防水准, 对其性能设防目标评价如下:

1) 基础隔震结构楼层剪力、位移、层间位移角以及楼层加速度等地震响应受建筑场地条件的影响较大。在Ⅰ、Ⅱ类场地条件下的减震效果非常明显, 而在Ⅳ类场地条件下具有一定减震效果、但不甚明显。

2) 在Ⅰ、Ⅱ类场地条件下, 以结构层间位移角为性能控制指标和以楼层加速度为性能控制指标, 对该案例性能目标评价的结论基本是一致的。

3) 相对上部结构设计的抗震设防加速度, 在不提高设计地震加速度的条件下, 可以实现“多遇地震下充分运行、设计地震下基本运行、罕遇地震下生命安全”的设防目标;在提高设计地震加速度要求的条件下, 除Ⅳ类场地外, 基本可以实现上述“多遇地震下充分运行、设计地震下基本运行、罕遇地震下生命安全”的性能设防目标;在设计地震加速度比设防加速度降低时, 经过合理设计, 可以实现隔震结构“设计地震下充分运行、罕遇地震下基本运行”的设防目标。

4 结论与建议

1) 基础隔震结构设计理论成熟, 工程实践经验丰富, 地震反应性能特点与基于性能的抗震设计思想相吻合, 是目前实现工程结构性能设计的一条可行、有效的途径。

2) 基础隔震结构受力变形行为集中, 性能控制目标明确, 性能控制指标, 易于量化, 在既定的性能设防目标下可以较容易地反演结构性能设计参数, 从而达到结构性能控制的可重复性和预演性。

3) 基于性能的抗震设防目标的制定需要同时考虑社会的最低公共需求、业主的不同个性需求以及面向建筑全寿命周期内的投资-效益评估, 合理的投资-效益评估准则是制定性能设防目标的重要条件, 但目前对结构全寿命周期内的投资-效益评估的方法、因素、指标还存在很多争议性问题, 是一项复杂的系统工程, 还有待更加深入的研究。

参考文献

[1]三菱地所 (株) .免震構造[EB/OL].http://www.c-m-t.com/mailmag/04/index.cgi

[2]久野雅祥.新潟県中越地震はどのような地震だったのか[R].神戸大学工学部, 兵庫県南部地震緊急被害調査報告書, 2004-04-20.

[3]周福霖.工程结构减震控制[M].北京:地震出版社, 1997.5-7.