隔震结构与减震结构与传统结构抗震设计(完全版).ppt

隔震结构与减震结构与传统结构抗震设计 隔震案例 减震案例 隔震结构与减震结构的特点及与传统结构抗震设计的区别 隔震结构的案例 10.6 隔震结构工程设计实例 10.6.1工程概况 某中学教学楼，地上5层，每层高度皆为3.6m，总高18m，隔震支座设置于基础顶部。上部结构为全现浇钢筋混凝土框架结构，楼盖为普通梁板体系，基础采用肋梁式筏板基础。丙类建筑，设防烈度8度，设计基本加速度0.15g，场地类别Ⅱ类，地震分组第一组，不考虑近场影响。 根据现行《中小学建筑设计规范》、《混凝土结构设计规范》、《建筑结构荷载规范》、《建筑抗震设计规范》相关规定对上部结构进行设计，其结构柱网布置如图10.9所示，各层的重量及侧移刚度如表10.3所示。 10.6.2 初步设计 1.是否采用隔震方案 (1)不隔震时，该建筑物的基本周期为0.45s，小于1.0s。 (2)该建筑物总高度为18m，层数5层，符合《建筑抗震设计规范》的有关规定。 (3)建筑场地为Ⅱ类场地，无液化。 (4)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%。 以上几条均满足规范中关于建筑物采用隔震方案的规定。 2.确定隔震层的位置 隔震层设在基础顶部，橡胶隔震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。 3.隔震层上部重力设计 上部总重力为如表10.3所示。 10.6.3 隔震支座的选型和布置 确定目标水平向减震系数为0.50，进行上部结构的设计，并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应力限制不应大于15MPa，由此确定每个支座的直径（隔震装置平面布置图如图10.10所示，即各柱底部分别安置橡胶支座）。 减震结构的案例 粘滞阻尼器减震结构设计方法及计算实例 1 粘滞流体阻尼器减震结构优化设计方法 1.1 设计流程 消能减震结构主要是通过设置各种消能减震装置 186 以控制结构在不同烈度地震作用下的预期变形，从而 达到不同等级的抗震设防目标，其具体设计内容主要 包括确定阻尼器参数和数量以及阻尼器的优化安装位 置两方面内容。我国抗震规范 [1] 中虽然增加了消能减 震的内容，但并没有给出具体的设计方法。因此，本 文以安装粘滞流体阻尼器的高层结构为研究对象，给 出了一种优化设计方法，该方法预先设定消能结构的 位移角限值，进而由附加阻尼比求出所需阻尼器的数 量及参数，并以层间位移角为优化目标，采用“逐层搜 索”的方法确定其安装位置， 最终达到预先设定的层间 位移角减震目标，该方法主要针对给定地震波作用下 的弹性结构进行，具体设计流程如图 1 所示，对于其 中的几个关键步骤将在下文中展开讨论。 1.2 附加阻尼比的确定 消能减震结构的设计中，往往需要预先指定消能 结构所需达到的位移减震目标，并求出所需的附加阻 尼比，最直接的求解方法是通过不同阻尼比的位移反 应谱曲线进行插值。但在没有可用的位移反应谱的情 况下，需要寻找其他方法进行替代。 本文的解决方法是：首先做出结构等效单自由度 体系的附加阻尼比 ξ a 和位移减震率 μ d 的曲线， 再由预 先指定的结构位移减震率从曲线上直接查出所需的附 加阻尼比 ξ a 。单自由度结构位移减震率 μ d 定义为： 式中：u 0,max 为无附加阻尼单自由度结构位移最大值； u c,max 为附加阻尼比 ξ a 后单自由度结构的位移最大值。 而对于实际结构位移减震率μ d 可以根据需要定义 为结构的层间位移角减小率或结构顶点位移的减小 率。同时定义结构的底部地震剪力减震率： 式中： S 0,max 为无附加阻尼单自由度结构底部地震剪力 最大值； S c,max 为附加阻尼比 ξ a 后单自由度结构底部地 震剪力最大值。 单自由度结构 ξ a -μ d 曲线和 ξ a -μ f 曲线可通过数值 方法求解 Maxwell 模型的平衡及协调方程得到 [2] 。本 文在计算中发现， 单自由度结构 ξ a -μ d 曲线和 ξ a -μ f 曲线 主要受结构自振周期 T、结构自身阻尼比 ξ s 和地震波 类型的影响，与地震波峰值等因素无关。为满足下文 中消能减震结构优化设计的需要，图 2 给出了一幢方 钢管混凝土框架高层 [3] 的等效单自由度结构的 ξ a -μ d 曲 线和 ξ a -μ f 曲线， 曲线所对应的参数为： 自振周期 T=4s， 结构自身阻尼比 ξ s =0.035，地震波为 SHW2 波，单自 由度结构质量取实际结构的总质量。图中同时给出了 该实际结构的计算曲线，其中实际结构的位移减震率 μ d 取层间位移角最大值的减震率。 从图中