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      2. 隔震結(jié)構(gòu)分析設(shè)計要點論文

        時間:2021-04-17 19:08:05 論文 我要投稿

        隔震結(jié)構(gòu)分析設(shè)計要點論文

          【擒!课恼陆榻B了隔震結(jié)構(gòu)的概念和基本原理,并對隔震層分析,上、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)計和地基處理等主要步驟及要點進(jìn)行了說明。主要結(jié)合隔震分析的現(xiàn)狀,說明膈震層布置的原則,上部結(jié)構(gòu)設(shè)計要點。

        隔震結(jié)構(gòu)分析設(shè)計要點論文

          【關(guān)鍵詞】隔震分析;膈震建模;隔震層布置

          引言

          2008年以來,我國接連發(fā)生汶川、玉樹、蘆山等多次大地震;2011年以來,智力、日本、尼泊爾等地發(fā)生了8級以上的特大地震;近期以來更是地震不斷(見表1)。。。。這些事例無一不在告訴我們,地球已經(jīng)進(jìn)入又一個地震活躍期。

          作為已被證實的可有效減輕地震災(zāi)害的手段,隔震技術(shù)正在逐漸進(jìn)入我國建筑領(lǐng)域,并隨著2014年住建部頒發(fā)((住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于房屋建筑工程推廣應(yīng)用減隔震技術(shù)的若干意見(暫行)》而得到越來越廣泛的應(yīng)用。

          表1近期地震匯總

          123

          1、隔震結(jié)構(gòu)概念,原理

          與傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)相比,隔震結(jié)構(gòu)多了一個隔震層。隔震層由隔震器、阻尼器、抗風(fēng)裝置、限位裝置等部分組成,以隔震層為分界線,隔震層以上稱為上部結(jié)構(gòu),隔震層以下稱為下部結(jié)構(gòu)。地震之所以能引起房屋破壞,主要有兩個原因:1)地面震動大量傳遞到建筑結(jié)構(gòu)上(2)震動能量引起構(gòu)件破壞。因此,減輕地震災(zāi)害也可以從兩方面人手:1)削弱建筑與地面的連接,減少能量傳i,2)增加耗能構(gòu)件,減少常規(guī)構(gòu)件消耗的地震能量。隔震結(jié)構(gòu)主要是從第一個方面著手來減輕地震災(zāi)害的。設(shè)想一個懸浮在空中的建筑‘”,地面震動肯定無法對其進(jìn)行破壞。假設(shè)該建筑與地面是通過彈簧連接的,此時彈簧剛度為零,完全隔絕了地震能量向建筑的傳遞,對于常規(guī)結(jié)構(gòu),建筑與地面接近剛性連接,地震能量可向建筑大量傳遞。

          隔震結(jié)構(gòu)正好處在兩者之間,通過隔震墊(這個非常柔軟的彈簧)來連接地面與結(jié)構(gòu),從而極大的.減少地震能量的傳遞,使其性能無限接近于“懸浮的結(jié)構(gòu)”。

          2.分析設(shè)計現(xiàn)狀及建模

          若進(jìn)行細(xì)分,結(jié)構(gòu)設(shè)計工作可以分為兩個層次:1)結(jié)構(gòu)分析。目的是得到結(jié)構(gòu)位移、構(gòu)件內(nèi)力、剪重比,位移比等基本數(shù)據(jù),進(jìn)而判斷結(jié)構(gòu)選型、構(gòu)件布置是否合理,2)結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整和荷載組合,完成構(gòu)件設(shè)計和施工圖繪制。與此類似,結(jié)構(gòu)軟件也大致分為兩類:1)以結(jié)構(gòu)分析為主,如ETABS. MIDAS等* 2)以結(jié)構(gòu)設(shè)計為主,如PKPM、YJK,廣廈等。

          廣大工程師熟練掌握的是第二類軟件,此類軟件具有對常規(guī)構(gòu)件的分析與設(shè)計功能,但無法精確模擬隔震器、阻尼器力學(xué)性能。

          因此,隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計通常采用分部設(shè)計法:1)通過第一類軟件(如ETABS. MIDAS等)建立整體模型,使各項指標(biāo)滿足設(shè)計要求,2)在第二類軟件中(如PKPM. YJK.廣廈等)完成構(gòu)件設(shè)計和施工圖繪制,即基于上一步得到的內(nèi)力、減震系數(shù)等參數(shù),分別對上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和設(shè)計。

          3,隔震層分析

          與抗震結(jié)構(gòu)相比,隔震結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行隔震層的布置,并對隔震層參數(shù)進(jìn)行校核。

          3.1隔震層的基本布置

          隔震層布置原則:1)隔震層的剛度中心盡量與上部結(jié)構(gòu)質(zhì)心重合,減少偏心影響,2)鉛芯支座盡量布置在外圍,盡量提高結(jié)構(gòu)的抗扭能力。隔震層布置需要滿足下列要求:疊層橡膠支座在重力荷載代表值作用下豎向壓應(yīng)力不應(yīng)超過的規(guī)定

          橡膠隔震支座壓應(yīng)力限值0.025<屈重比<0.035。屈重比為隔震支座的屈服荷載設(shè)計值與重力tf載代表值的比值。此限值使隔震層的屈服荷載略小于剪重比要求,保證隔震層在小震下就進(jìn)入屈服,起到減輕地震作用的效果。

          一般情況下,條件1決定了隔震支座的最小直徑,條件2決定了鉛芯支座的最小數(shù)量。另據(jù)文獻(xiàn)2規(guī)定,還需要驗算:1)隔震層的屈服荷載設(shè)計值不小于風(fēng)荷載設(shè)計值,2)隔震層在水平應(yīng)變?yōu)?00%時的水平恢復(fù)力不小于隔震支座屈服荷載設(shè)計值。但這兩個條件比較容易滿足,一般不起控制作用。

          3.2各項參數(shù)校核

          隔震層布置完成后,需要校核隔震支座在罕遇地震下的最大位移、拉應(yīng)力、壓應(yīng)力。

          1)罕遇地震下,支座位移Lli<[Ui]

          公式左側(cè)為罕遇地震下各隔震支座的水平位移;右側(cè)為隔震支座的水平位移限值,取0.55倍有效直徑和3倍橡膠層厚度的較小值。

          2)在罕遇的水平地震和豎向地震共同作用下,支座拉應(yīng)力不應(yīng)大于1MP。。

          3)在罕遇的水平地震和豎向地震共同作用下,支座壓應(yīng)力不應(yīng)大于支座的屈曲應(yīng)力(需考慮有效受壓面積)。當(dāng)s.≥15,s:≥5且橡膠硬度不l、于40時,丙類建筑的壓應(yīng)力限值為15 MPa。

          3.3hk平向減震系數(shù)和支座處的內(nèi)力

          上一節(jié)為隔震分析的所有內(nèi)容,本節(jié)的任務(wù)是根據(jù)分析結(jié)果整理數(shù)據(jù),為結(jié)構(gòu)設(shè)計做準(zhǔn)備。主要工作為:1)計算水平向減震系數(shù)(為上部結(jié)構(gòu)設(shè)計做準(zhǔn)備),2)提取隔震支座處的內(nèi)力和位移(為下部結(jié)構(gòu)設(shè)計做準(zhǔn)備)。

          提取支座結(jié)果時要注意,隔震層位移較大,結(jié)構(gòu)的P-A效應(yīng)十分顯著,支座位移對構(gòu)件內(nèi)力的影響不可忽略。

          4.上部結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

          上部結(jié)構(gòu)設(shè)計最主要的變化是要根據(jù)水平向減震系數(shù)調(diào)整水平地震影響系數(shù)最大值,公式如下:o【m。xl=p o【m。x/qu除對地震影響系數(shù)最大值進(jìn)行調(diào)整外,還有以下幾點需要注意:上部結(jié)構(gòu)模型應(yīng)包含隔震支座以上的所有構(gòu)件,包括隔震層的上支墩以及梁板系統(tǒng)。

          模型下部的約束宜修改為鉸接,即上支墩下端是鉸接。原因是隔震墊對支墩底的轉(zhuǎn)動沒有約束能力。

          對隔震結(jié)構(gòu)的抗震措施進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)水平向減震系數(shù)不大于0.4時(設(shè)置阻尼器時為0.38),可適當(dāng)降低構(gòu)造要求,烈度降低程度不超過1度,且與豎向地震作用相關(guān)的抗震構(gòu)造措施不應(yīng)降低。

          目前的隔震器只能隔離水平向地震,對豎向地震影響沒有緩解作用,因此豎向地震很可能成為設(shè)計的控制因素。9度和8度且水平向減震系數(shù)小于0.3時應(yīng)考慮豎向地震作用,并規(guī)定了豎向地震作用的最小值。

          5.下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

          下部結(jié)構(gòu)要滿足嵌固剛度比、中震抗彎及大震抗剪的要求,但需要注意的是:此處的中震與大震內(nèi)力是隔震結(jié)構(gòu)的內(nèi)力,而不是非隔震結(jié)構(gòu)。對于最常見的單獨設(shè)置隔震層和僅有一層地下室的情況,下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計可退化為一個個單獨的懸臂柱的設(shè)計。

          6,基礎(chǔ)設(shè)計和地基處理

          隔震結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計和地基處理的要求同非隔震結(jié)構(gòu)相同。甲、乙類建筑的抗液化措施應(yīng)提高一個液化等級確定,直至全部消除液化沉陷。

          7.展望

          減隔震技術(shù)作為未來的結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展趨勢,其應(yīng)用前景不可限量。但就目前的實施情況來看,作者認(rèn)為,還可從以下幾個方面進(jìn)一步改善:隔震結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施還比較粗糙,僅處于能滿足結(jié)構(gòu)功能的初級階段。對隔震墊的防火、建筑的防火分區(qū)、地下室的密閉性等要求還很難滿足,有待進(jìn)一步的研究和深化。普遍來講,廣大結(jié)構(gòu)工程師對減隔震設(shè)計還比較陌生。目前普遍的操作方式為:減隔震廠家負(fù)責(zé)減隔震的分析工作,設(shè)計院完成設(shè)計工作。由于雙方的利益并不一致,這種合作很可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計不安全或不經(jīng)濟。

          一種建議是,設(shè)計院對結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行專業(yè)分工。一部分人專門鉆研結(jié)構(gòu)分析,而另一部分專門從事結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工圖設(shè)計。

          參考文獻(xiàn)

          [1]黨育,杜永峰,李慧.基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工指南[M].北京:中國水利水電出版社,2005.

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