隔震和消能减震

12隔离和能量耗散设计12.1一般规定12.1.1本章适用于具有隔离层以隔离水平地震动的建筑物的隔震设计，以及具有吸收和消耗地震能量的耗能部件的建筑物的设计。设计有隔震和消能的建筑结构应符合本规范第3.8.1条的规定，其抗震设防目标应符合本规范第3.8.2条的规定。注：1本章中的隔震设计是指在建筑基础、底部或下部结构与上部结构之间安装由橡胶隔震支座、减震装置和其他具有整体复位功能的构件组成的隔震层，以延长整个结构系统的自振周期，减少上部结构的水平地震作用输入，满足预期的抗震要求。消能减震设计是指在建筑结构中安装消能工，通过消能工的相对变形和相对速度提供附加阻尼，以消耗输入上部结构的地震能量，满足预期的抗震减震要求。注释2001年版本中隔离层的位置仅在基础和上部结构之间。本次修订扩大了隔离设计的应用范围。认为国内外现有隔震建筑的隔震层不仅安装在基础上，而且还安装在诸如柱顶或多塔楼底盘等下部结构上。12.1.2在确定建筑结构隔震设计和消能设计的设计方案时，除应符合本规范第3.5.1条的规定外，还应与采用抗震设计的方案进行对比分析。注释本条2001年版中的规定是强制性的。考虑到随着技术的发展，隔震和消能设计方案的分析不需要特别论证，本次修订不是强制性的，与抗震设计方案相比，仅保留了与抗震设计第3.5.1条规定的不同特点。这对于确定隔震设计的水平阻尼系数和阻尼比是必要的，也可以显示隔震和阻尼设计在提高结构抗震能力方面优于抗震设计的优势。12.1.3建筑结构的隔震设计应符合下列要求：1结构的高宽比应小于4，变形特征接近剪切变形。其最大高度应满足本规范中非隔离结构的要求。当高宽比大于4的结构采用隔震设计时，必要时应进行详细分析，并通过试验确定。2施工场地应为一、二、三级，应选择稳定性较好的基础类型。3由风荷载和其他非地震水平荷载标准值产生的总水平力不应超过结构总重力的10%。4隔离层应提供必要的垂直承载力、横向刚度和阻尼；穿过隔震层的设备管道和线路应采用柔性连接或其他有效措施，以适应隔震层的罕遇地震水平位移。注本次修订对隔震设计的结构类型没有限制，2001版规定的基本周期小于1s，对采用底部剪力法进行非隔震设计的结构进行了修订。应重视隔震设计的方案比较和可行性论证；1隔震技术适用于低层和多层建筑，但不应局限于基本自振周期为1s的结构。由于隔震对超过1秒的结构可能同样有效，国外大量的隔震建筑也证实了这一点，从而消除了2001版结构周期小于1秒的限制。2根据橡胶隔震支座抗拉屈服强度低的特点，应限制非地震作用下的水平荷载，结构的变形特性应满足剪切变形占主导地位和建筑高宽比小于4的要求。对于具有高纵横比的结构12.1.4消能减震设计适用于钢、钢筋混凝土和钢-混凝土混合结构的建筑。能量耗散部件应为结构提供足够的附加阻尼，并根据结构类型满足本规范相应章节的设计要求。注这篇文章只是在措辞上有所改进。12.1.5在进行隔离和消能设计时，隔离装置和消能构件应满足以下要求：1隔离装置和耗能元件的性能参数应通过试验确定。2隔离装置应满足结构设计使用寿命的免维护要求。3消能部件的安装部分应采取便于检查和更换的措施。4设计文件应说明隔离装置和耗能元件的性能要求，并在安装前按要求进行测试，以确保性能满足要求。注释该条款仍然是强制性的。与2001年版相比，主要变化有：1.隔离轴承和阻尼器组合在一起，统称为隔离装置。2.隔离装置的免维护寿命定义为“结构的设计寿命”，即50年。3.为了保证隔震和消能效果，应严格检查隔震装置和消能构件的性能参数。其中，隔离装置中的隔离轴承按照相应产品的国家标准和行业标准进行测试。但是，对于没有国家标准和行业标准的耗能构件，应采用本章第12.3节规定的方法进行隔震装置和耗能器的测试。对于可重复使用的消能工，如粘性流体消能工，应适当增加抽查次数，抽查可用于主体结构。对于金属屈服位移相关耗能器等不可重复使用的耗能器，同一类型的抽查次数不得少于2次，抽查合格率为100%，经抽查后不得用于主体结构。型式检验和工厂检验应由第三方完成。12.1.6建筑结构的隔震设计和耗能设计仍应符合相关特殊标准的规定。性能化设计也可以根据抗震性能目标的要求进行。注释与2001版的规定相比，本文明确提醒隔震和减震技术可用于基于结构抗震性能的设计。12.2房屋隔离设计要点12.2.1隔震设计应根据预期的竖向承载力、水平阻尼系数和位移控制要求，选择合适的隔震装置和抗风装置，形成结构的隔震层。在罕遇地震下，应检查隔震支座的竖向承载力和水平位移。隔震层以上结构的水平地震作用应根据水平阻尼系数确定。8度和9度地震作用的垂直特征值应分别不小于隔震层以上结构总重力荷载代表值的20%和40%。注释该条款仍然是强制性的。由于微振动对隔振装置的影响可以忽略，因此对文本进行了轻微修改，并删除了抗基础微振动的刚度要求。12.2.2建筑结构隔震设计的计算和分析应符合下列要求：khmnmn-1mj 3mj 1货币供应量mjmj 2图12.2.2隔震结构简化计算图(1)隔震系统计算图中，应增加由隔震支座及其顶梁板组成的质点；剪切模型可用于具有剪切变形特征的结构(图12 . 2 . 2)；当隔震层上方结构的质心与隔震层的刚度中心不重合时，应考虑扭转效应的影响。隔离层顶部的梁板结构应作为其上部结构的一部分进行计算和设计。一般来说，应采用时程分析进行计算。这1隔离轴承在表12.2.3所列压应力下的极限水平位移应大于其有效直径的0.55倍和每个橡胶层总厚度的3倍这两个较大值。2.在相应的设计基准期内进行耐久性试验后，隔震支座的刚度和阻尼特性变化不超过初始值的20%；徐变量不得超过每层橡胶总厚度的5%。3每个橡胶隔震支座在重力荷载代表值下的垂直压应力不得超过表12.2.3的规定。表12.2.3橡胶隔离轴承的压力应力极限建筑类别甲级建筑b类建筑fdgdf压缩应力极限(MPa)101215注意：1平均压应力的设计值应按恒载和活载的组合计算。其中，楼面活荷载应按现行国家标准建筑结构荷载规范 GB 50009乘以折减系数。2结构倾覆的计算应包括水平地震效应的组合。对于需要垂直地震作用计算的结构，应包括垂直地震作用效应的组合。3当橡胶支座的第二形状系数(有效直径与橡胶层总厚度之比)小于5.0时，平均压应力限值应减小：小于5但不小于4时减小20%，小于4但不小于3时减小40%；4对于外径小于300毫米的橡胶轴承，丙类建筑的平均压应力极限为10兆帕。注意本次修订中，考虑到橡胶隔震支座的制造工艺日趋成熟，隔震支座的直径越来越大，建议在选择隔震支座时尽量选择大直径的支座。对于直径为300毫米的轴承，由于其直径小，稳定性差，其设计承载能力从12兆帕降低到10兆帕。12.2.4隔震层的布置、竖向承载力、侧向刚度和阻尼应符合下列要求：1隔离层应设置在结构的底部或下部，其橡胶隔离支座应设置在受力较大的地方，间距不宜过大。其规格、数量和分布应根据竖向承载力、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稳定，不应有不可恢复的变形。在罕遇地震中水平地震和垂直地震同时作用下，橡胶支座的拉应力不得大于1MPa。2隔震层的水平等效刚度和等效粘滞阻尼比可根据以下公式计算：Kh=K j(12 . 2 . 4-1)eq=Kjj/Kh(12 . 2 . 4-2)哪里：eq隔离层的等效粘滞阻尼比；Kh隔震层的水平等效刚度；j通过试验确定的隔离轴承的等效粘性阻尼比应包括安装多个消能装置时消能装置的相应阻尼比。Kjj .通过试验确定的隔震支座(包括耗能器)的水平等效刚度。3通过试验确定隔震支座的设计参数时，竖向荷载应保持表12.2.3中的压应力限值；设防烈度地震的验算应采用100%剪切变形的等效刚度和等效粘滞阻尼比。罕遇地震验算应采用剪切变形为250%时的等效刚度和等效粘滞阻尼比，当隔震支座直径较大时，可采用剪切变形为100%时的等效刚度和等效粘滞阻尼比。注随着水平剪切变形的增加，橡胶支座的容许竖向承载力将逐渐降低。为了防止隔震支座在大变形下失去承载力，要求支座的剪切变形满足cr(1-/S2)，其中为水平剪切变形，S2为支座的第二形状系数，为支座的竖向表面压力，cr为支座的极限抗压强度。同时，轴承的垂直压应力不大于30MPa，水平变形不大于30MPa2001版对支座设计参数的要求与本规范中非隔震结构“两阶段设计”的要求相对应，采用了与频繁地震和罕遇地震相对应的参数。本次修订采用设防烈度和罕遇地震参数。12.2.5隔震层以上结构的地震作用计算应符合下列要求：对于多层结构，水平地震作用可以沿高度呈矩形分布。水平阻尼系数是在设防烈度下弹性计算的隔震层与非隔震层之间的最大剪力比。对于高层建筑结构，隔震层与非隔震层之间的最大倾覆力矩比应按设防烈度计算，两者取较大值作为层间最大剪力比。注：当隔震支座的水平剪切应变为100%时，应获得水平阻尼系数。2根据区域内的设防烈度，水平地震影响系数可根据水平减震系数比第5.1.4条确定的值减小。当隔震支座仅采用普通叠层橡胶支座，减震装置仅采用速度耗能器，且未安装抗风装置时，折减系数应为水平阻尼系数的1.25倍。在其他情况下，应取水平阻尼系数的1.4倍。3.隔震层以上结构的总水平地震作用不低于6度设防水平的非隔震结构，并进行抗震验算。各楼层的水平地震剪力仍应符合本规范第5.2.5条关于本地区设防烈度最小地震剪力系数的规定。在49和8时，水平阻尼系数不大于0.3，隔震层以上结构按设防烈度计算。当计算隔震层以上结构的地震作用竖向特征值时，每层可视为一个质点，地震作用竖向特征值沿高度的分布按本规范第5.3节的公式(5.3.1-2)计算。注本次修订建议对水平阻尼系数的概念做一些调整：直接将“隔震结构与非隔震结构的最大水平剪力之比”改为“水平阻尼系数”，并利用这一概念使其含义更加清晰，便于设计人员理解和操作。(美国、日本和其他国家也采用这种方法。)2001版中确定水平地震隔震效果时考虑的安全系数1.4适用于当时隔震支座的性能。随着隔震支座性能的提高，该系数可适当减小，如表12.2.5所示。其中，8度(0.30克)和7度(0.15克)的加速度减小系数为2/3，而不是8度和9度的0.75。此外，在7度和6度之间没有“半度”规定，并且该表有偏差以安全地确定其水平计算强度。根据橡胶支座的要求，为确定设计中采用的水平地震作用计算的强度，应根据概率可