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YJK隔震设计 1 结构隔震和消能减震设计 两点约束或单点约束功能的扩充；两点约束或单点约束功能的扩充； 在在两点约束、单点约束和设置支座两点约束、单点约束和设置支座 菜单菜单都都设置设置了了5种选项：线型、阻种选项：线型、阻 尼器、速度线型相关型消能器、速尼器、速度线型相关型消能器、速 度非线性相关型消能器、隔度非线性相关型消能器、隔震震； 选择选择线性时即为弹性线性时即为弹性约束约束； 利用弹性连接的原理设置隔震支座利用弹性连接的原理设置隔震支座 2 隔震层的建模（方式1） 3 隔震层的建模（方式2） 4 5 1、在计算前处理中用单点约束菜单设置隔震支座 隔震支座参数的非线性属性 6 隔震结构设计的四个步骤 分为分为上部结构、隔震支座、隔震层以下结构及基础上部结构、隔震支座、隔震层以下结构及基础部分部分； 上部结构上部结构：沿用一般抗震结构的设计方法，水平地震作用采用隔震以后：沿用一般抗震结构的设计方法，水平地震作用采用隔震以后 的地震作用标准的地震作用标准值值，计算地震力，计算地震力的水平向减震系数的水平向减震系数； 隔隔震支座：首先要满足重力荷载代表值下的隔震支座承载力要求及水平震支座：首先要满足重力荷载代表值下的隔震支座承载力要求及水平 变位，即压应力要求；还应验算大震下隔震支座的拉应力及水平变位，即压应力要求；还应验算大震下隔震支座的拉应力及水平变位变位； 隔震层以下结构：地震作用计算、抗震验算和抗震措施，应进行隔震后隔震层以下结构：地震作用计算、抗震验算和抗震措施，应进行隔震后 设防地震（中震）的抗震承载力验算，并按罕遇地震（大震）进行抗剪设防地震（中震）的抗震承载力验算，并按罕遇地震（大震）进行抗剪 承载力验算。隔震层以下地面以上的结构在罕遇地震（大震）下的层间承载力验算。隔震层以下地面以上的结构在罕遇地震（大震）下的层间 位移角控制。位移角控制。 基础：地基基础的抗震验算不考虑隔震产生的减震效应，按本地区设防基础：地基基础的抗震验算不考虑隔震产生的减震效应，按本地区设防 烈度进行烈度进行设计设计； 7 难点 非线性结构，需按动力时程分析计算（弹性）；非线性结构，需按动力时程分析计算（弹性）； 不同不同部位须分别采用小震、中震、大震计算；部位须分别采用小震、中震、大震计算； 需需考虑竖向地震计算；考虑竖向地震计算； 弹性时程弹性时程分析的分析的FNA法和直接积分法；法和直接积分法； 非隔非隔震模型的反应谱计算不可或缺；震模型的反应谱计算不可或缺； 8 一、隔震结构的上部结构计算 中震时程分析计算； 求出水平减震系数后用反应谱法算； 9 上部结构计算 抗规抗规12.2.5-2条条： 隔隔震后水平地震作用计算的水平地震影响系数可按本规范震后水平地震作用计算的水平地震影响系数可按本规范 5.1.4、第、第5.1.5条确定。其中水平地震影响系数最大值可按条确定。其中水平地震影响系数最大值可按 下式计算：下式计算： maxl=max/ maxl隔震后的水平地震影响系数最大值；隔震后的水平地震影响系数最大值； 水平向减震系数水平向减震系数；为；为按弹性计算所得的隔震与非隔按弹性计算所得的隔震与非隔 震各层层间剪力的最大比值震各层层间剪力的最大比值。 10 隔震结构上部计算主要步骤 将模型文件复制两份，一个布置上隔震支座属性，此时叫将模型文件复制两份，一个布置上隔震支座属性，此时叫 隔震模型隔震模型；另；另一个不布置隔震支座属性，隔震支柱底端设一个不布置隔震支座属性，隔震支柱底端设 铰，此时模型叫非隔震铰，此时模型叫非隔震模型模型； 用中震计算水平向减震系数用中震计算水平向减震系数； 对隔震模型和非隔震模型分别进行中震反应谱计算和时程对隔震模型和非隔震模型分别进行中震反应谱计算和时程 分析计算；分析计算； 人工对比两个模型时程分析结果得出人工对比两个模型时程分析结果得出； 非隔震模型输入非隔震模型输入maxl的反应谱法计算的反应谱法计算 11 建立隔震模型与非隔震模型 将模型文件复制两将模型文件复制两份份 将将隔震隔震模型模型在前处理用单点约束在前处理用单点约束菜单菜单设置设置隔隔震震支座支座； 12 建立隔震模型与非隔震模型 在在非隔震模型非隔震模型，在前处理将隔震层柱底全部设置铰接在前处理将隔震层柱底全部设置铰接属性属性 ； 13 非隔震模型和隔震模型的中震反应谱计算 建筑抗震设计规范理解与应用建筑抗震设计规范理解与应用419页关于减震系数的计算方法说页关于减震系数的计算方法说 明：“计算隔震与非隔震两种情况的层间剪力，宜采用基本设防水准明：“计算隔震与非隔震两种情况的层间剪力，宜采用基本设防水准 下地震作用进行时程分析。下地震作用进行时程分析。” 因此，因此，计算计算水平向减震系数水平向减震系数时采用中震；时采用中震； 为了计算出水平向减震系数为了计算出水平向减震系数，需要分别对非隔震模型和隔震模型进，需要分别对非隔震模型和隔震模型进 行弹性时程分析计算，但是在行弹性时程分析计算，但是在YJK中，弹性时程分析是需要接力反应中，弹性时程分析是需要接力反应 谱计算的，因此对两个模型的反应谱计算除了基本的设计参数设置外谱计算的，因此对两个模型的反应谱计算除了基本的设计参数设置外 ，还应在地震计算参数中，按照中震计算的要求设置地震影响系数最，还应在地震计算参数中，按照中震计算的要求设置地震影响系数最 大值。大值。 14 非隔震模型和隔震模型的中震反应谱计算 15 对非隔震模型进行中震下的弹性时程计算 非隔震模型完成上部结构的“生非隔震模型完成上部结构的“生 成数据成数据+全部计算”，此为中间结全部计算”，此为中间结 果，不是最终果，不是最终结果结果； 然后进入“弹性时程”然后进入“弹性时程”菜单菜单； 需需在这里选择在这里选择地震波地震波； 进行进行设防地震下的弹性时程设防地震下的弹性时程计算计算 注意要把在弹性时程参数“主方注意要把在弹性时程参数“主方 向峰值加速度”中输入中震下的向峰值加速度”中输入中震下的 峰值加速度。峰值加速度。 16 对非隔震模型进行中震下的弹性时程计算 计算完成后，可以在“时程结果”中查看“多条波包络值计算完成后，可以在“时程结果”中查看“多条波包络值 ”中的楼层”中的楼层剪力剪力； 17 对隔震模型也进行中震下的弹性时程计算 对隔震模型也进行弹性时对隔震模型也进行弹性时 程（程（FNA法或直接积分法法或直接积分法 ）的的计算计算； 使用使用在非隔震模型中同样在非隔震模型中同样 的地震波，使用中震下的的地震波，使用中震下的 峰值加速度峰值加速度， 得到得到隔震模型的楼层隔震模型的楼层剪力剪力 ； 18 人工对比两个模型时程分析结果得出 人工对比隔震和非隔震的上部人工对比隔震和非隔震的上部 结构各楼层剪力值（一般为多结构各楼层剪力值（一般为多 条波包络条波包络值值）；）； 主方向主方向0度和度和90度；度； 各楼层剪力比取较大值各楼层剪力比取较大值 作为水平向减震系数作为水平向减震系数 =0.24。 并按规范公式并按规范公式12.2.5求求出出 maxl=max/=0.048； 19 层号层号 塔号塔号 非隔震时程法剪力非隔震时程法剪力 隔震隔震FNA时程法剪力时程法剪力 剪力比剪力比 6 1 8445.644 1972.594 0.23 5 1 14337.513 3404.657 0.24 4 1 17790.742 4014.568 0.23 3 1 21201.26 4271.999 - 2 1 22760.168 3143.55 - 层号层号 塔号塔号 非隔震时程法剪力非隔震时程法剪力 隔震隔震FNA时程法剪力时程法剪力 剪力比剪力比 6 1 8538.991 2020.284 0.24 5 1 14482.121 3478.296 0.24 4 1 17916.424 4086.388 0.23 3 1 21359.904 4315.748 - 2 1 22776.092 3139.032 - 对非隔震模型输入/的反应谱法计算 在非隔震模型中在非隔震模型中输入输入/并并进行反进行反 应谱法计算，得到上部结构应谱法计算，得到上部结构的的最最 终终配配筋筋结果结果； 软件将自动按规范公式软件将自动按规范公式12.2.5求出求出 maxl； 用户还应用户还应按照按照抗规抗规12.2.7第第2 条抗震措施降低条抗震措施降低1度，按照度，按照7（ 0.10g）高度小于）高度小于24m得到抗震等得到抗震等 级为三级为三级级输入参数；输入参数； 20 二、隔震支座验算 按大震计算（更须考虑非线性）； 需考虑竖向地震计算； 弹性时程分析的FNA法和直接积分法； 21 隔震支座验算 抗规抗规12.2.3 隔震层的橡胶隔震支座应符合下列要求：隔震层的橡胶隔震支座应符合下列要求： 1 隔震支座在表隔震支座在表12.2.3所列的压应力下的极限水平变位，应大于其有所列的压应力下的极限水平变位，应大于其有 效直径的效直径的0.55倍和支座内部橡胶总厚度倍和支座内部橡胶总厚度3倍二者的较大值。倍二者的较大值。 3 橡胶隔震支座在重力荷载代表值的竖向压应力不应超过表橡胶隔震支座在重力荷载代表值的竖向压应力不应超过表12.2.3的的 规定规定。 抗规抗规12.2.4 1 .其橡胶支座在罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下，拉应力不其橡胶支座在罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下，拉应力不 应大于应大于1Mpa。 乌鲁木齐建筑隔震技术应用规定第乌鲁木齐建筑隔震技术应用规定第2.4.2 条：条：隔震支座在罕遇地隔震支座在罕遇地 震作用下的最大压应力不宜大于震作用下的最大压应力不宜大于30MPa 22 建筑类别建筑类别 甲类建筑甲类建筑 乙类建筑乙类建筑 丙类建筑丙类建筑 压应力限值（压应力限值（Mpa） 10 12 15 对隔震模型的罕遇地震（大震）的时程计算 复制一份隔震模型，对此模型复制一份隔震模型，对此模型 进行在罕遇地震（大震）的时进行在罕遇地震（大震）的时 程（程（FNA法或直接积分法）法或直接积分法）计计 算算； 选用选用计算水平向减震系数计算水平向减震系数时同时同 样的样的地震波地震波； 在弹性时程参数“主方向峰值在弹性时程参数“主方向峰值 加速度”中输入大震下的峰值加速度”中输入大震下的峰值 加速度。加速度。 23 设置相关工况组合 由于由于YJK目前的目前的FNA法不能同时施加竖向地震波，所以竖向法不能同时施加竖向地震波，所以竖向 地震按简化算法取值。地震按简化算法取值。 压应力：压应力：1.0D+0.5L 最大压应力：最大压应力：1.0D+0.5L+1.0Fek+0.4*（0.2（1.0D+0.5L） =1.08D+0.6L+1.0Fek 最大拉应力最大拉应力=最小压应力：最小压应力：0.9D-1.0Fek-0.5*（0.2（ 1.0D+0.5L）=1.0D-1.0Fek-0.05L 支座最大位移：支座最大位移：1.0D+0.5L+1.0Fek 24 设置相关工况组 25 设置需查看内力及应力的相关工况组合 第一行是为第一行是为抗规抗规12.3.3-3：橡胶隔震：橡胶隔震 支座在重力荷载代表值的竖向支座在重力荷载代表值的竖向压应力压应力不不 应超过表应超过表12.2.3的的规定规定，恒活荷载读取反，恒活荷载读取反 应谱结果；应谱结果； 第二行是为第二行是为抗规抗规12.2.3； 第三行是为第三行是为乌鲁木齐建筑隔震技术应乌鲁木齐建筑隔震技术应 用规定用规定第第2.4.2条：隔震支座在罕遇地条：隔震支座在罕遇地 震作用下的最大压应力不宜大于震作用下的最大压应力不宜大于30MPa； 第四行是为第四行是为抗规抗规12.2.4：橡胶支座在：橡胶支座在 罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下 ，拉应力不应大于，拉应力不应大于1Mpa； 26 查看隔震支座内力 弹性时程计算完成后弹性时程计算完成后， 软件提供菜单输出软件提供菜单输出隔隔震震 支座内力、位移、应力支座内力、位移、应力 结果结果； 重力荷载代表值重力荷载代表值1.0恒恒 +0.5活下，支座压应力活下，支座压应力 值图，用户可和抗规值图，用户可和抗规 表表12.2.3的上限值进行的上限值进行 比较。比较。 27 查看隔震支座内力 看包括地震组合下的看包括地震组合下的 拉压应力图，该地震拉压应力图，该地震 即为罕遇地震结果，即为罕遇地震结果， 人工和抗规人工和抗规12.2.4 条上的限值条上的限值1Mpa比较比较 ，如果大于，如果大于1Mpa则不则不 满足规范要求满足规范要求； 对于对于隔震支座的最大隔震支座的最大 压应力按照乌鲁木压应力按照乌鲁木 齐建筑隔震技术应用齐建筑隔震技术应用 规定第规定第2.4.2条要求条要求 的不宜大于的不宜大于30MPa检检 查。查。 28 查看隔震支座应力 为了得到隔震支座为了得到隔震支座 的应力，必须在隔的应力，必须在隔 震参数中正确输入震参数中正确输入 隔震支座的面积，隔震支座的面积， 如果在参数中没有如果在参数中没有 输入隔震支座的面输入隔震支座的面 积，隔震支座应力积，隔震支座应力 菜单输出的结果将菜单输出的结果将 是是0 29 查看隔震支座位移 使用“隔震支座位使用“隔震支座位 移”菜单查看各个移”菜单查看各个 隔震隔震支座位移支座位移； 按照按照抗规抗规12.2.3 隔震支座在表隔震支座在表12.2.3 所列的压应力下的所列的压应力下的 极限水平变位的限极限水平变位的限 值要求值要求。 30 弹性时程分析的直接积分法 YJKYJK同时提供直接积分法是因为：同时提供直接积分法是因为： 1 1、有的专家更认可直接积分法的原理和结果，详细可见如下直接积、有的专家更认可直接积分法的原理和结果，详细可见如下直接积 分法的说明；分法的说明； 2 2、目前、目前YJKYJK的的FNAFNA法还不能计算用三向地震波算竖向地震，而法还不能计算用三向地震波算竖向地震，而YJKYJK的直的直 接积分法可以；接积分法可以； 3 3、直接积分法计算地震作用的非线性状态时是叠加了恒活荷载的重、直接积分法计算地震作用的非线性状态时是叠加了恒活荷载的重 力代表值的，也就是说直接积分法计算时程时以恒活荷载重力荷载代力代表值的，也就是说直接积分法计算时程时以恒活荷载重力荷载代 表值作为初始内力，这样可准确判断隔震支座的受压受拉状况。而表值作为初始内力，这样可准确判断隔震支座的受压受拉状况。而 FNAFNA法目前只是在时程结果中叠加恒活荷载重力荷载代表值，计算非法目前只是在时程结果中叠加恒活荷载重力荷载代表值，计算非 线性时程时没有考虑，这种非线性和线性结果直接叠加影响计算精度线性时程时没有考虑，这种非线性和线性结果直接叠加影响计算精度 。 31 直接积分法的参数设置 32 三、隔震层以下结构设计 33 隔震层以下结构设计 抗规抗规12.2.9 ： 1、隔震层支墩、支柱及相连构件，应采用隔震结构罕遇地震下隔震、隔震层支墩、支柱及相连构件，应采用隔震结构罕遇地震下隔震 支座底部的竖向力、水平力和力矩进行承载力验算。支座底部的竖向力、水平力和力矩进行承载力验算。 2、隔震层以下的结构（包括地下室和隔震塔楼下的底盘）中直接支、隔震层以下的结构（包括地下室和隔震塔楼下的底盘）中直接支 承隔震层以上结构的相关构件，应满足嵌固的刚度比和隔震后设防地承隔震层以上结构的相关构件，应满足嵌固的刚度比和隔震后设防地 震的抗震承载力要求，并按罕遇地震进行抗剪承载力验算。隔震层以震的抗震承载力要求，并按罕遇地震进行抗剪承载力验算。隔震层以 下地面以上的结构在罕遇地震下的层间位移角限值应满足表下地面以上的结构在罕遇地震下的层间位移角限值应满足表12.2.9要要 求。求。 34 隔震层支墩、支柱的计算 取隔震支座验算结果的各取隔震支座验算结果的各 组合下支座内力（轴力组合下支座内力（轴力u1 ，剪力，剪力u2、u3）值值； 弯矩弯矩可按轴力与水平位移可按轴力与水平位移 乘积取值，取较大乘积取值，取较大值值； 以上轴力、剪力、弯矩以上轴力、剪力、弯矩可可 用用于支柱的设计于支柱的设计内力内力； 支柱设计支柱设计可可采用采用此内力用此内力用 工具箱手核。工具箱手核。 35 隔震层以下结构罕遇地震下的层间位移角计算 取隔震支座验算结果的各支座地震组合最大位移值，除以取隔震支座验算结果的各支座地震组合最大位移值，除以 层高即得出层间位移层高即得出层间位移角角； 将将得出的层间位移角和抗规表得出的层间位移角和抗规表12.2.9比较即可。比较即可。 36 四、隔震结构基础设计 37 隔震结构基础设计 抗规第抗规第12.2.9条第条第3款，隔震建筑地基基础的抗震验算款，隔震建筑地基基础的抗震验算 和地基处理仍应按本地区抗震设防烈度进行，和地基处理仍应按本地区抗震设防烈度进行，. 软件实现流程：软件实现流程： 将隔震模型按本地区设防烈度（不降低设防烈度的）进行将隔震模型按本地区设防烈度（不降低设防烈度的）进行 多遇地震计算；多遇地震计算； 到基础模块中进行基础建模及计算设计。到基础模块中进行基础建模及计算设计。 38 隔震支座参数属性 线性部分的参数（有效刚度和有效线性部分的参数（有效刚度和有效 阻尼）在阻尼）在3个坐标轴上意义个坐标轴上意义一致一致； 有效有效刚度的意义是将非线性构件等刚度的意义是将非线性构件等 效成一根线性构件后的效成一根线性构件后的刚度刚度； 此此刚度对结构周期、反应谱计算和刚度对结构周期、反应谱计算和 快速非线性（快速非线性（FNA）时程分析结果）时程分析结果 有较大有较大影响影响； 有效有效阻尼只影响附加阻尼比，从而阻尼只影响附加阻尼比，从而 影响反应谱计算结果。影响反应谱计算结果。 39 隔震支座非线性参数轴向和水平向意义不一致 (1) 轴向非线性参数轴向非线性参数 刚度刚度：隔震支座轴向受压：隔震支座轴向受压刚度刚度； 抗抗拉刚度：隔震支座轴向受拉拉刚度：隔震支座轴向受拉刚度刚度； 截面积：隔震支座的横截面积，弹性时程模截面积：隔震支座的横截面积，弹性时程模 块会使用该参数计算隔震支座的拉压应力，块会使用该参数计算隔震支座的拉压应力， 若填若填0，则对应的隔震支座拉压应力均为，则对应的隔震支座拉压应力均为0； (2) 水平方向非线性参数水平方向非线性参数 刚度刚度：隔震支座水平方向屈服前：隔震支座水平方向屈服前刚度刚度； 屈服屈服力：隔震支座的屈服力：隔震支座的屈服力力； 屈服屈服后刚度比：隔震支座屈服后的刚度与屈后刚度比：隔震支座屈服后的刚度与屈 服前刚度的比值。服前刚度的比值。 40 隔震参数输入举例及注意事项 根据厂家参数确定隔震支座参数 隔震支座面积隔震支座面积：3.14*0.65*0.65/4=0.332m2 U1方向有效刚度一般与压刚度设为一致：方向有效刚度一般与压刚度设为一致： 3051000kN/m U1方向非线性参数的压刚度：方向非线性参数的压刚度： 3051000kN/m U1方向非线性参数的拉刚度：方向非线性参数的拉刚度：305100kN/m U2及及U3方向有效刚度：方向有效刚度：2480kN/m U2及及U3方向屈服后刚度比：方向屈服后刚度比：1/13=0.0769 U2及及U3方向屈服力：方向屈服力：92kN U2及及U3方向非线性刚度方向非线性刚度=屈服后刚度屈服后刚度/屈服屈服 后刚度比后刚度比=1620/0.0769=21060kN/m 由于不再推荐采用反应谱方法计算隔震结由于不再推荐采用反应谱方法计算隔震结 构，所以有效阻尼可以填构，所以有效阻尼可以填0 41 弹性时程分析的快速非线性（FNA）方法 缺点缺点：由于该方法的计算依赖于结构的模态结果，所以非线性构件：由于该方法的计算依赖于结构的模态结果，所以非线性构件的的弹性部分弹性部分 的的有效有效刚度填写的准确与否，对计算结果将会有一定的影响刚度填写的准确与否，对计算结果将会有一定的影响。 对于对于减震结构，由于减震器的影响范围有限，使用减震结构，由于减震器的影响范围有限，使用FNA方法一般都可以得到较方法一般都可以得到较 为准确的结果。但对于隔震结构而言，由于隔震支座的加入，往往会较大的改为准确的结果。但对于隔震结构而言，由于隔震支座的加入，往往会较大的改 变结构底部的力学性能，对结构的模态周期影响很大，由其产生的非线性亦会变结构底部的力学性能，对结构的模态周期影响很大，由其产生的非线性亦会 影响结构的整体，从而不能严格满足“结构仅有局部非线性”这一条影响结构的整体，从而不能严格满足“结构仅有局部非线性”这一条。 此时此时，若想用，若想用FNA法得到较为准确的结果，则需要将隔震支座的有效刚度填写法得到较为准确的结果，则需要将隔震支座的有效刚度填写 准确。若不能确定有效刚度，也可采用直接积分法对隔震层的层剪力进行校核准确。若不能确定有效刚度，也可采用直接积分法对隔震层的层剪力进行校核 。 一般而言一般而言，若，若FNA法计算的隔震层剪力偏小，则说明隔震支座的有效刚度值偏法计算的隔震层剪力偏小，则说明隔震支座的有效刚度值偏 小；反之偏大小；反之偏大 42 弹性时程分析的快速非线性（FNA）方法 快速非线性（快速非线性（Fast Nonlinear Analysis，简称，简称FNA）方法，是一种非线性的模态）方法，是一种非线性的模态 叠加方法，原理是将结构的线性部分和非线性部分隔离开，通过非线性力迭叠加方法，原理是将结构的线性部分和非线性部分隔离开，通过非线性力迭 代的方式对结构进行计算代的方式对结构进行计算。 下面下面对其优缺点进行简单概括。对其优缺点进行简单概括。 优点：其计算