有关根底隔震结构设计相关问题的讨论

PAGE0PAGE8有关基础隔震结构设计相关问题的讨论摘要本文总结了作者在隔震结构方面的一些研究工作。包括：伴生自由振动在隔震结构振动反应中的地位、隔震结构简化计算方法的修订、隔震结构竖向荷载下的内力分布特征、隔震结构的高宽比限值等。这些研究成果可为《建筑抗震设计规范》相关条款的修订提供参考。关键词：隔震结构；伴生自由振动；地震作用；竖向荷载；高宽比DiscussiononsometopicsaboutbaseisolationstructuredesignAbstract：Someresearchworkdonebytheauthoraboutbaseisolationstructurearesummarizedinthepaper.Theyare,transientvibrationintheseismicresponses,somesuggestionsaboutsimplifieddesignmethod,theinterforcesdistributionunderverticalload,andheight-widthratioofthebuilding.Thesecansupplyreferencefortherevisionof“Codeforseismicdesignofbuilding”引言《建筑抗震设计规范》[1]（GB50011-2001）[1](以下简称《规范》)将基础隔震结构设计纳入其中，使隔震技术的应用变得有法可依。随着隔震结构应用的不断拓展，在《规范》应用的过程中，遇到了一些需要进一步明确和深化的问题。一些设计建议还需要进一步修正。本文就下面几个方面的问题开展了相关的研究工作。1伴生自由振动一般认为，由于阻尼的作用，伴生自由振动很快衰减，通常只考虑稳态振动部分。但是对于隔震结构，地震波的卓越频率远大于结构的自振频率，这种情况下，伴生自由振动在总动力反应中的作用有所不同。研究表明[2]，此时的伴生自由振动不但不能略去不计，有时还是总动力反应中的主要成分。以单自由度有阻尼体系简谐地面运动作用为例，伴生自由振动与稳态振动位移、绝对加速度振幅的比值分别为（1）式中，、分别为隔震结构的阻尼比和自振频率；为荷载频率与结构自振频率的比值。与普通的抗震结构相比，隔震结构的自振频率比较小，频率比比较大。因此，伴生自由振动与稳态振动振幅比值要比普通抗震结构大得多。图1、图2分别给出了不同阻尼比情况下，这两个比值随时间的变化规律。从图中可以明显看出，即使有阻尼的作用，当频率比较大时，伴生自由的位移和加速度也不会衰减到可以忽略的地步。而且，当频率比大到一定程度时，伴生自由振动在一定时间内起主要作用。对于地震波输入的情况，由于地震过程中不断图图1瞬态振动与强迫振动的相对位移振幅比与时间的关系每个图中的4条曲线从上到下分别对应于ξ=0.05、0.10、0.15、0.2005101502468ω=2π/2β=20/3RYt/st/s0510150246810ω=2π/3β=10R/s10RAabsω=2π/2β=20/310150502468t/sRAabsω=2π/3β=10图2瞬态振动与强迫振动绝对加速度振幅的比值图中4条曲线从上到下分别对应于ξ=0.05、0.10、0.15、0.20有新的频率成分加入，也就不断有新的伴生自由振动出现，且出现时初始速度和初始位移不为零。同时，地震波会在较短的时间内达到最大值。综合地震波的这些特点，可以断定，实际地震中，隔震结构的伴生自由是不能忽略的，有时甚至是反应的主要成分。2隔震房屋简化计算方法新《规范》的重要特色是：提出了“水平向减震系数”的概念，把隔震设计和传统抗震设计结合起来，利用已有的抗震设计资源进行隔震结构的设计，方便设计人员掌握。结合研究工作和隔震房屋设计经验，作者对新《规范》中隔震房屋简化计算方法提出了改进建议[3]。改进的内容包括：允①状关于隔葡震结构任的地震余作用分至布东底部剪迟力法是粮计算非抵隔震结役构地震抽作用的向一种简筐化方法筐。该方蛛法适用劫于位移姜反应以档第一振批型为主慈、第一集振型接腿近直线脾的结构手。新《恒规范》鲁以这个葱适用条后件为出通发点给脸出了底芝部剪力月法的计葛算公式赞。在计老算公式秀中，地购震作用禽与每个钻质点的梦重力荷岩载代表馒值以及罗计算高凉度成正盈比。由拘于每个富质点的型重力代产表值不苗一定相刑等，地脱震作用黎也就不贺可能沿似计算高挥度线性哨分布。配因此，被通常所葵说的地喜震作用案为三角蛮形分布接只是一嫁种近似路，而真卸正成三浩角形分吹布应该糕是质点怠相对于阅地面的纷位移。各在隔震故结构中壁，由于或隔震层降的水平爱刚度很纪小，结圆构的水屋平变形善绝大部侵分集中怕在隔震冈层。隔舞震层上余部结构胸近似为例平动。励因此，蝇可以假鸦定隔震酷结构的零位移反傲应以第蔽一振型常为主、扔隔震层米上部结炸构的第挤一振型穗接近竖勺直的直渴线。这测时，上绵部结构毁的地震腊作用就量应该与御质点的富计算高怨度无关页，而只袭与重力疼荷载代蚂表值成断正比。周但新《赠规范》双中却规飞定，隔鸟震结构否各质点臂的地震备作用按庆矩形分龙布。宇②拦关于隔欧震结构扭的水平谣向减震旨系数题按照新帆《规范跳》的规螺定，水望平向减并震系数后应根据扎结构隔己震与非愈隔震两央种情况神下各层吗层间剪轿力的最滋大比值植确定。肆根据结挪构隔震喝与非隔彼震时层喇间剪力丢的分布棕特点，赶剪力的有最大比壁值应为局结构一式层的剪脆力比值蚕。但新界《规范筒》附械录浙L晨中推导赖水平向落减震系炉数时，献用的却象是隔震租结构总自水平地纲震作用枯和非隔划震结构词总水平扎地震作咽用的比面值，这召实际上削是隔震集层剪力疮与非隔棚震结构己一层剪悄力的比尸值，显浪然与水狗平向减晓震系数誓的定义葡不符。炭③谨关于隔或震结构睁的等效仪重力荷败载酸新《规蒸范叉》撞5.2菌.乖1抄规定，堪单质点京时，结械构的等恒效重力爽荷载取圆总重力附荷载代尊表值，骡多质点旗时取总踢重力荷日载暗代表值习的喇0.8书5饰。其中罪，系尚数惯0.8蹄5凳反映了楚多质点屡体系底扣部剪力蜂值与对贯应单质拉点体系秃（质量腐等于多涨质点体幕系总质抛量，周饼期等于命多质点训体系第学一周期矩）剪力译值的差撑异。根必据这个句规定，没对于可驶以简化如为单质席点体系械的隔震虫结构来呆说，结母构的等醋效重力唉荷载应陡取总重速力荷载猎代表值吃。而新鬼《规范讯》简化历算法中嚼却取了除系性数僚0.8村5垂，这与乔新《规谊范》中振地震作血用按矩仆形分布次是不一态致的。滩文灯献效[3罗]纷对上面虏三个问犯题不够衫协调一烈致的地昌方进行托详细的奇探讨。载并提出旺了相关饺的建议筋公式，崖即乡①孤水平向赢减震系偏数为侄其中，豪、窄分别为受与隔震婚和非隔庆震结构皆基本周岂期对应桂的地震交影响系羡数。蚊②疯隔震结办构的总驱水平地跟震作用她为序其中，丸为隔震撤结构各蛇层重力眠荷载代图表值。羊③逝隔震结炒构各质史点的水刺平地震挎作用为高3锡漠隔震结春构竖向匹荷载下芽的内力硬分布族在《规示范》）蛮中，隔偿震结构离在水平龄地震作钞用下的迹内力计瓣算是通斩过引烟进字“笛水平向量减震系申数器”欧，按非织隔震结身构计算盲模型进哥行内力屈计算。限但是，膨《规范款》中没码有对隔野震结构盟在竖向如荷载作并用的内揉力计算念模型和毯计算方尖法做出煌明确规堡定。文丙献符[4昏]味采用同局样的思扇路，对莫隔震结斗构在竖驼向荷载刚作用下盒的内力贱分布特馒点进行醒研究，帖结果表舟明，与立非隔震欢结构相敲比药①肢隔震结舍构二层落及其以认上构件搂杆端弯刘矩可以备认为与敏非隔震饲结构相雁等。弓②云隔震结戏构一层会柱顶的什弯矩值祝增加幅万度与梁跌柱的线接刚度比帖基本无岂关，但凶随隔震匙层上荷滑载的增朋加而增掩加。当宇隔震层降上的荷康载与一俱层荷载降相等时半，一层盗柱顶的匆弯矩值季稳定在踪非隔震白结构滨的业1.乔5颂倍。碎③缘隔震结资构一层但柱根的赴弯矩增蝶加幅度龟很大，误增加的笋幅度与湾隔震层虫上部梁款板结构求的荷载据成正比份，并随季着梁柱药刚度比遥的增加砍而降低悟。当隔本震层上果的荷载永与一层庄荷载相平等时，艳一层柱杠根的弯帮矩最大凤为非隔中震时详的副4.王8订倍，最幅小也要旱增加到轮非隔震啦时举的筝3.仪2生倍。因崇此，设韵计时，欢对于两榨种荷载语组合（煎恒库荷点+近活荷、阻地震作丧用桑+慧重力荷谅载代表白值）究糠竟哪一膛种对一激层柱子搅的截面帖设计起桨控制作披用需进猫一步研斩究。不排能笼统葱地认为桥只要采城用隔震割，结构您的内力那就一定赔会减少杯。也④畅隔震结棚构一层木梁端的裕弯矩略辩有增加扇，但最裕大不超诚过非隔克震时矮的站1.浸2微倍。容⑤乞隔震层悲顶部梁贿端弯矩惰与这两炮个构件但的荷载风比值成寺正比。蜻当隔震告层顶部天梁板结坦构与一醉层梁板把结构的小尺寸相番同时，士二者的决杆端弯钢矩是相何等的。洲因此，筋《规范老》中提删到的隔血震层顶很部梁板视结构承格载力的孩提高应利理解为御隔震层发顶部梁且板结构雕的强度呜储备或递安全度些要提高终。幸用赠M伐B洽表示隔细震结构直构件的素杆端弯仔矩值；颈M木表示对五应的非畜隔震结炸构构件组的杆端滋弯矩值零。文送献卸[4不]勤提出了狗下面的绢建议公誓式，并程给出系君数的建仗议值和闸对建议甘值的评寇价搜粮底胶站片性距减晌奶鹿钟暖锅（若4被）滨表轻1秋右墓结果汇榴总贺部华卖削位蔬建议值宅或公式调对建议朴值或公侄式的评愈价谦二层柱骑顶垮1.0弃数值接通近脱二层柱哄根修1.0冲偏于保题守丘一层柱谎顶间规律接柴近似数值接抽近、且洞保守异一层柱皂根丧规律接鼓近舍数值接绍近、且舒保守并一层梁甘端腊1.2垦偏于保胁守羞隔震层米顶部梁魔端营K耽1如偏于保齿守卵注：庆K舱1棍为隔震雹层顶部专梁的均蜂布荷载液与其它爸各层梁吊的均布完荷载的恰比值；哲K西3挺为共梁柱线类刚度的所比值。酒这项工绿作为统悟一隔震扒结构在侵竖向荷宽载作用夕下的内座力计算激方法与吃水平地业震作用沾下的内菠力计算鱼方法奠养定了基狸础。投4前悉隔震结肯构的高熄宽比碗由于隔止震支座旁的抗拉正性能差揪及支座疮压屈应均力的限垒制，隔序震结构鼓的抗倾如覆稳定蝇性出现病了新的序特征。叛而与此喜密切相幕关的重某要影响蜂因素之军一就是折隔震结塞构的高系宽比。跪因为研框究成果桥不充分南，高宽薪比限值纱暂时没卖有被写纽到规范狱中。文美献椒[4骑]层对此进娇行了研蛮究。研锡究中采缘用了三覆个基本假假定社：发①尺假定隔绝震支座欣布置对享称奔；夸②组假定隔浮震支座键的水平寄刚度和蒜竖向刚胸度与隔茄震支座防面积成痰正比涉；和③技假定隔这震层以恐上结构潮水平地私震作用贱沿高度子矩形分能布。保雹证隔震殿结构抗完倾覆稳汇定性的骑条件有骡：平①活隔震层氧边缘的东橡胶支畏座不出丽现拉应猾力闯；配②磁隔震层冶另一侧堤边缘的凡橡胶支蛛座的最毒大压应企力不超威过容许幼值擦。租③歉隔震层喇罕遇地普震下的盒水平位有移不超毛过容许透值。凳研究表揪明，当让隔震结胜构高宽僵比限值劣从由边水缘支座吴不产生杏拉应力奖控制过策渡到由精压应力寇不超过惧容许值劝控制时柱，隔震纺结构的晌高宽比虫限值将咽取得极握大值。棉文糊献织[4薪]蜓中还给很出了针忽对不同愧的建筑产类别、辨场地类掌别、设慢防烈度使、阻尼装比等因禾素下的刺隔震结委构的高苍宽比限布值。谦5事年小结悟本文将迟作者的迈几方面倦的研究窜成果进孙行了汇拉总。内砌容包括慌了隔震岸结构的果基础理毙论、隔播震结构砌的简化辩设计方下法、竖候向荷载卡作用下不的内力键分布和巴高宽比拿限值等魄方面肿。但要想将鹊这些成处果在设述计中采误用，还衫需要进火一步的愈细化和已系统性习的整理熊。映参服茎考梳杂文挺灾献可[1]思G概B50松011洞-20碗0渠1块，建筑革结构抗析震设计走规烟范壁[S凭]诚．刘[2]珍帽祁皑，丘范宏伟醒，陈永茶祥．市简谐地之面运动皇作用下同瞬态振眼动的研租究捉[J凶]须．透振动测沙试与诊彼断摆，垮200款3潮，爹2足3症（也3滨）亡：由199获-20萄0派2询．括[3