建筑隔震技术学习总结

1、建筑隔震技术学习总结0 引言我国位于世界两大地震带环太平洋地震带与欧亚地震带之 间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，是地震多发国 家之一。特别是近年的汶川地震、玉树地震，房屋倒塌造成大量的人 员伤亡。如何使建筑在地震发生时，能达到基本的抗震设防目标，是 每一个工程建设参与人员应当充分重视的。按照现行建筑抗震设计规范 ( GB50011-2010 )，建筑应进行 抗震设计， 其基本的抗震设防目标是： 当遭受低于本地区抗震设防烈 度的多遇地震影响时， 主体结构不受损坏或不需修理可继续使用； 当 遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时， 可能损坏， 但经一般 修理仍可继续使用， 当遭受

2、高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震 影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。 (即通常所说的：小 震不坏、中震可修、大震不倒)1 隔震的概念隔震体系通过延长结构的自振周期能够减少结构的水平地震作 为，已被国外强震记录所证实。国内外的大量试验和工程经验表明： 隔震一般可使结构的水平地震加速度反应降低60%左右，从而消除或有效地减轻结构和非结构的地震损坏， 提高建筑物及其内部设施和人 员的地震安全性，增加了震后建筑物继续使用的功能。具体是指在房屋基础、 底部或下部结构与上部结构之间设置由橡胶隔震支座和阻尼装置等部件组成具有整体复位功能的隔震层， 以延 长整个结构体系的自振周期， 减少输入上部结

3、构的水平地震作用， 达 到预期防震要求。常见的建筑基础隔震系统可分为：1）橡胶垫基础隔震系统； 2） 滑移基础隔震系统； 3）组合基础隔震系统。2 隔震设计在进行建筑基础隔震设计时， 需要对建筑的抗震设防分类、 抗震 设防烈度、场地条件、使用功能及建筑、结构的方案，从安全和经济 两方面进行综合分析对比。我国现行抗震规范对橡胶垫基础隔震结构设计提出了分步设计 法和水平向减震系数的概念， 使得设计人员可以采用抗震设计方法进 行基础隔震结构设计。分步设计法是将整个隔震结构系统分为上部结构、 隔震层、 隔震 层以下结构和基础等四部分，分别进行设计。2.1 隔震建筑的基本要求现行抗震规范， 对隔震设计的

4、结构类型不作限制， 但出于安全性、 经济性及隔震效果考虑， 在隔震设计的方案比较和选择时， 应符合以 下几点要求：1、建筑体型的要求 结构高宽比宜小于 4，且不应大于相关规范规程对非隔震结构的 具体规定， 其变形特征接近剪切变形， 最大高度应满足抗震规范非隔 震结构的要求； 高宽比大于 4 或非隔震结构相关规定的结构采用隔震 设计时，应进行专门研究（原则是，小震下基础不应出现拉应力） 。 对高宽比大的结构， 需进行罕遇地震下整体倾覆验算， 防止支座压屈 或出现拉应力超过 1.0MPa 。橡胶垫基础隔震技术对低层和多层结构比较合适， 不隔震时基本 周期小于 1.0s 的建筑结构隔震效果最佳。 但

5、随着技术的进步， 国外近 来隔震建筑高度均较高、层数也较多，目前已有超过 100m 的隔震建 筑。现行规范取消周期小于 1.0s 的规定2、建筑场地和地基基础建筑场地宜为I、u、川类，并应选用稳定性较好的基础类型。硬土场地较适合隔震房屋；软弱场地滤掉了地震波的中高频分 量，但对低频分量有放大效应。 延长隔震结构的周期将增大而不是减 小其地震反应，使得隔震层位移过大。我国大部分地区（第一组）I 、II、 III 类场地的设计特征周期均较小，故除 IV 类场地外都适于橡胶 垫基础隔震系统。 滑移隔震结构对地震动频谱特性不敏感， 场地适应 性强，但目前规范中没有对此作出要求。地基不均匀沉降会导致各隔

6、震支座承担上部结构重量的重新分 布，造成部分支座实际承载超过设计值，对结构的稳定性造成威胁。 因此，隔震结构应有良好的地基。3、风荷载和其他非地震作用的水平荷载标准值产生的总水平力 不宜超过结构总重力的 10%。4、隔震层应提供必要的竖向承载力、侧向刚度和阻尼；隔震层 放火措施和穿越隔震层的配管、配线，应符合相关专门要求，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。 2008 年 汶川地震中，位于 7、 8 度区的隔震建筑，上部结构完好，但隔震层 的管线受损，造成生命、财产损失。5、隔震层的整体性要求 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 度足够大的梁板系

7、统， 如采用现浇混凝土楼盖。 当采用装配式钢筋混 凝土楼盖时，支座上方纵横梁系统应为现浇。 并加大梁的截面尺寸 和配筋。隔震支座附近的梁、柱受力状态复杂，应加密箍筋，必要时 配置网状配筋。2.2 隔震层设计要点 隔震建筑是通过隔震层的大变形来减少其上部结构的地震作用， 从而减少地震破坏。 隔震设计需要解决的主要问题是： 隔震层位置的 确定：隔震垫的数量、规格和布置；隔震支座平均压应力验算；隔震 层在罕遇地震下的承载力和变形控制； 隔震层不隔离竖向地震作用的 影响；上部结构的水平向减震系数及其与隔震层的连接构造等。2.2.1 隔震层位置的设置隔震层宜设置在结构第一层以下的部位， 如基础顶面或地下

8、室顶 面。当房屋无地下室或有其他特殊情况时， 也可将隔震层设置于其他 部位， 如对于底框砖混结构体系， 可将隔震层设置在底部框架与上部 砖混相交界处。 当隔震层设置在其他部位时， 应进行详细的设计分析 并采取可靠的措施。2.2.2 隔震支座的数量、规格和布置隔震层隔震支座的布置应使隔震层刚度中心与上部结构的质量重心重合，减少系统的扭转效应；其规格、数量应根据竖向承载力、侧向刚度和阻尼的要求通过计算确定。选用多种规格的隔震支座时，应注意充分发挥每个隔震支座的承载能力和水平变形能力；设置在隔震层的抗风装置宜对称、分散地布置在建筑物的周边。223隔震支座平均压应力验算橡胶隔震支座在重力荷载代表值的竖

9、向压应力不应超过下表限值。表1橡胶隔震支座压应力限值建筑类别甲类建筑乙类建筑丙类建筑压应力限值（MPa）10 12 15压应力设计值应按永久荷载和可变荷载的组合计算，其他要求详建筑结构荷载规范及建筑抗震设计规范的相关规定。2.2.4隔震层在罕遇地震下的承载力和变形控制1、隔震支座在表1所列的压应力下的极限水平变位，应大于其 有效直径的0.55倍和支座内部橡胶总厚度 3倍二者的较大值。2、隔震支座对应于罕遇地震水平剪力的水平位移应符合下列要求：卩戶卩i卩i= n i卩cii i罕遇地震作用下，第i个隔震支座考虑扭转的水平位移;卩i第i个隔震支座的水平位移限值；对橡胶隔震支座，不应大于其有效直径的

10、 0.55倍和支座内部橡胶总厚度 3倍二者的较小值；罕遇地震作用下隔震层质心处或不考虑扭转的水平位卩c移；n i第i个隔震支座的扭转影响系数。3 隔震建筑计算建筑结构隔震设计的计算分析， 包含计算模型、 地震波选取、 地 震作用计算等内容。计算方法主要为等效侧力法、时程分析法。对于 砌体结构或与砌体结构基本周期相当的结构， 体型基本规则， 建筑场 地条件较好， 相应隔震的地震反应计算可以用等效侧力法计算。 对于 甲类建筑及体型过于复杂、 IV 类场地或有特殊要求的结构，考虑到 其重要性及复杂性，结构计算分析应采用时程分析法进行。3.1 计算模型隔震体系的计算简图， 应增加由隔震支座及其顶部梁板

11、组成的质 点；对变形特征为剪切型的结构可采用剪切模型； 当隔震层以上结构 的质心与隔震层刚度中心不重合时， 应计入扭转效应的影响。 隔震层 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。少数隔震结构的上部结构是较为高柔的多层结构， 其层间刚度相 对较小， 结构的垂直荷载也较大， 而其采用的橡胶垫的橡胶总厚度较 大，可能产生明显的竖向变形。对这种情况，隔震结构的地震反应要 考虑结构的摆动。3.2 地震波选取采用时程分析法进行计算时， 应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线，其中实际强震记录的数量不应少于总数的 2/3，多组时程曲线的平均地震影响系数曲线

12、 应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相 符，其加速度时程的最大值按表2采用。弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的 65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分 解反应谱法结算结果的 80%。表2时程分析所用地震加速度时程的最大值（cm/s2）地震影响6度7度8度9度多遇地震18 35(55) 7() (110) 140罕遇地震125220 (310)400 (510)620注：括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区3.3水平地震作用计算隔震层以上结构的地震作用计算应符合建筑抗震设计

13、规范GB50011-2010中第12.2.5条及第5章相关条款规定。对于隔震后建 筑的水平地震影响系数最大值，应按下式计算。a max1= （Ba max/ 其中：a max1隔震后的水平地震影响系数最大值;max非隔震的水平地震影响系数最大值,按建筑抗震设计规范GB50011-2010中第5.1.4条采用;B 水平向减震系数；调整系数；一般橡胶支座，取0.80;支座剪切 性能偏差为 S-A 类，取 0.85；隔震装置带有阻 尼器时，相应减少 0.05。3.4 竖向地震作用计算9 度时和 8 度且水平向减震系数不大于 0.3 时，隔震层以上的结 构应进行地震作用的计算。 隔震层以上结构竖向地震作用标准值计算 时，各层可视为质点，并按按建筑抗震设计规范 GB50011-2010