建筑隔震设计

1、隔震建筑设计与施工,薛彦涛 研究员中国建筑科学研究院 Tel内容,（1）隔震建筑原理 （2）地震时隔震建筑表现 （3）隔震层组成 橡胶隔震支座 滑动隔震支座 消能减震装置 （4）隔震技术应用范围和适用条件 （5）隔震设计基本要求 （6）隔震结构的设计 隔震层位置 隔震结构计算 隔震层设计 下部结构及基础设计 上部结构设计 隔震结构常用构造图 （7）隔震支座检验要求 （8）施工技术要点,内容,（1）隔震建筑原理 （2）地震时隔震建筑表现 （3）隔震层组成 橡胶隔震支座 滑动隔震支座 消能减震装置 （4）隔震技术应用范围和适用条件 （5）隔震设计基本要求 （6）隔震结构的

2、设计 隔震层位置 隔震结构计算 隔震层设计 下部结构及基础设计 上部结构设计 隔震结构常用构造图 （7）隔震支座检验要求 （8）施工技术要点,隔震建筑,隔震建筑就是在建筑物的基础和上部结构之间设置隔震装置（或系统），形成隔震层，以达到阻隔地震时地面振动向上部结构传递地震力（或振动能量），降低结构在地震下的振动反应的目的。,基础,地震波,建筑物,地面,隔震装置,隔震原理示意图,隔震沟,这是一张建筑隔震原理图，上部建筑、基础、隔震装置、消能装置、隔震沟。地震发生时，地震波由地面传至基础，在向上部建筑物传递时，首先要通过隔震层，这时隔震层中连接建筑物和基础的隔震装置就可以发挥隔离作用，地震波只有一小

3、部分能够通过隔震层传到上部建筑中。如果隔震层中还安装消能装置，那么，隔震层还将耗散掉一部分地震能量，进一步减少地震能量向上部建筑的传输，减少建筑物的地震反应，保护建筑物在地震作用下的安全。,ELcentro加速度反应谱,ELcentro 位移谱,隔震动力学原理,从加速度图中可以看出，结构周期较小的结构所受到的地震作用较大，而周期较长的结构受到的地震作用要小得多。因此，如果将周期较小的结构周期变长，那么地震作用也能随着降低很多。,从位移图中可以看出，结构周期变长后，结构的位移是增加的，在2.5秒左右达到最大，随后略有减小。因此如果我们将结构刚度减少，虽然地震作用降低了，但结构变形仍然很大，并没有

4、达到降低地震反应的目的。但如果我们不降低结构的刚度，而在结构和基础之间设置一个水平刚度较小的隔震层，那么隔震层与上部结构组成的结构周期就会变长，根据位移反应谱得到的结构大变形就只能集中发生在隔震层中，上部结构的变形由于地震作用小了，刚度不变，变形也就小了。这就是隔震建筑的动力学原理。,反应谱还提供了一个信息，结构阻尼越大，结构反应越小。因此，可以利用隔震层变形大的特点，安装消能器，消耗地震能量，增加结构的阻尼，减小隔震层上部结构的地震反应。,隔震建筑,震源,内容,（1）隔震建筑原理 （2）地震时隔震建筑表现 （3）隔震层组成 橡胶隔震支座 滑动隔震支座 消能减震装置 （4）隔震技术应用范围和适

5、用条件 （5）隔震设计基本要求 （6）隔震结构的设计 隔震层位置 隔震结构计算 隔震层设计 下部结构及基础设计 上部结构设计 隔震结构常用构造图 （7）隔震支座检验要求 （8）施工技术要点,南加州大学医院,南加州大学医院（隔震结构），8层。,南加州大学医院地震记录,基础加速度为 0.49g，而顶层加速度只有0.21g。,南加州大学医院医院(隔震),Olive View医院(不隔震),甘肃陇南的一幢居民住宅,砖混隔震建筑，砖混结构，6层,隔震与非隔震结构地震反应对比,隔震建筑室内家具完好,非隔震建筑室内家具翻倒,动画 (1对比试验),内容,（1）隔震建筑原理 （2）地震时隔震建筑表现 （3）隔震

6、层组成 橡胶隔震支座 滑动隔震支座 消能减震装置 （4）隔震技术应用范围和适用条件 （5）隔震设计基本要求 （6）隔震结构的设计 隔震层位置 隔震结构计算 隔震层设计 下部结构及基础设计 上部结构设计 隔震结构常用构造图 （7）隔震支座检验要求 （8）施工技术要点,隔震层一般由隔震支座和消能器组成。隔震支座一方面要支撑建筑物的竖向重量，另一方面在水平方向提供一个较小的水平刚度，并且具有自复位的功能。目前建筑常用的隔震支座主要有叠层橡胶支座和滑板隔震支座。消能器又称阻尼器，主要用来吸收或耗散地震能量，抑制隔震层产生较大的位移。常用的阻尼器有金属变形阻尼器、粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器、摩擦阻尼器等。

7、铅芯叠层橡胶支座则是将叠层橡胶支座与铅阻尼器完美结合在一起，发挥隔震作用的同时，又能起消能的作用。,内容,（1）隔震建筑原理 （2）地震时隔震建筑表现 （3）隔震层组成 橡胶隔震支座 滑动隔震支座 消能减震装置 （4）隔震技术应用范围和适用条件 （5）隔震设计基本要求 （6）隔震结构的设计 隔震层位置 隔震结构计算 隔震层设计 下部结构及基础设计 上部结构设计 隔结构常用构造图 （7）隔震支座检验要求 （8）施工技术要点 （9）工程设计设计实列,橡胶隔震支座是由多层橡胶和多层钢板或其他材料交替叠置结合而成的隔震装置，又称叠层橡胶隔震支座，目前常用的橡胶隔震支座有两种： 普通橡胶支座 铅芯橡胶支

8、座。,普通叠层橡胶支座,普通橡胶支座包括4部分:积层钢板、积层橡胶、保护橡胶和上下连接钢板。 普通橡胶支座具有弹性性质，本身没有明显的阻尼性能，所以通常它需要和阻尼器一起使用。,铅芯叠层橡胶支座,铅芯橡胶支座包括5部分:积层钢板、积层橡胶、铅芯棒、保护橡胶和上下连接钢板。 铅芯橡胶支座既起到隔震的作用，又起到阻尼的作用，所以它可以单独地在隔震结构中使用，无需另设阻尼器，使增加隔震系统的阻尼变得简单。,橡胶隔震支座的耐久性,1889年在澳大利亚墨尔本市的一座铁路高架桥上安装了天然橡胶垫，这座高架桥至今仍在使用中。研究人员从使用了100多年的天然橡胶垫上切下一块橡胶试样进行测试，发现虽然橡胶中没有

9、加抗氧化剂，但仅在表面1.5mm产生老化，以下的橡胶性能未发生任何改变。这说明在一般情况下，橡胶的天然老化限制在表面区域。 1962建成的英国伦敦至肯特的M2高速公路桥上，使用了叠层橡胶支座，1982年移出两个进行了压缩和剪切刚度试验，并切开一个橡胶支座研究橡胶性能，结论是，支座的压缩及剪切刚度没有明显变化，表面无任何开裂及老化征兆。 1966年建成的伦敦奥尔班6层隔震公寓，采用了叠层橡胶支座。之后每8年进行一次观测，从外观上未发现老化现象，硬度也无变化。,行业标准规定：叠层橡胶支座应具有不小于60年的设计工作寿命。 老化性能是指支座在常温下的各项力学性能，如：竖向刚度、水平刚度、等效粘滞阻尼

10、比和水平极限变形能力等保持稳定。要求变化率不超过20%，且外观无龟裂。 目前老化性能测试采用加热加速试验预测。,橡胶隔震支座技术参数,形状系数（第一形状系数，第二形状系数） 竖向刚度 竖向极限压应力 竖向极限拉应力 水平变形 水平刚度 屈服后刚度 等效阻尼比,第一形状系数,第一形状系数用于控制橡胶隔震支座竖向刚度和竖向承载力,控制每层橡胶的厚度的形状系数称为第一形状系数，用S1表示，定义如下：,规范规定： 为了保橡胶隔震在竖向荷载作用下的承载力要求第一形状系数 S1 15。,第二形状系数 地震作用下，橡胶支座会发生较大的水平变形，这就要求处于大变形的橡胶支座在高压应力下不致失去自身的稳定性，为

11、了控制橡胶支座的稳定性，引入第二形状系数S2，,S2定义如下：,规范规定： 1. 第二形状系数 S2 5。 2. 如果第二形状系数不能满足上述要求时，压应力设计值应适当降低。 当5S24时，降低20%； 当4S23时，降低40%。,竖向刚度（通过试验获得）,剪切弹性模量0.392N/,N/,水平变形,橡胶隔震支座的水平变形是指支座上下连接板间的相对位移，通常就是隔震层的变形，用隔震支座的剪应变表示：,规范规定： 橡胶支座在竖向平均压应力设计限值下的极限水平变位，应大于其有效直径的0.55倍（0.55d）和橡胶层总厚度3倍两者的较大值。 行业标准则规定：支座的水平极限剪切变形不应小于橡胶总厚度的

12、350%。,水平刚度,橡胶隔震支座的水平刚度是一个非常重要的参数，通过试验获得。试验测定结构水平刚度时，竖向荷载保持为设计压应力限值。 多遇地震下的刚度，宜采用水平加载频率为0.3Hz且隔震支座剪应变为50%的水平刚度； 对罕遇地震验算，分二种情况。直径小于600mm的隔震支座宜采用水平加载频率为0.1Hz且隔震支座剪应变不小于250%时的水平动刚度，直径不小于600mm的隔震支座可采用水平加载频率为0.2Hz且隔震支座剪应变为100%时的水平动刚度。加载采用正弦波。,竖向极限压应力,竖向极限压应力指橡胶支座在无任何水平变形的情况下可承受的最大压应力。夹层钢板越厚，强度越高，橡胶支座的竖向承载

13、力越高。,规范规定：,90 MPa。,竖向平均压应力设计值,规范规定：竖向平均压应力设计值不应超过下表中的规定。,当隔震支座外径小于300mm时，其平均压应力限值对丙类建筑为12MPa。,水平位移0.55D时的竖向压应力,橡胶支座变形后的受荷面积,地震时，橡胶隔震支座会发生较大的水平位移，此时支座仍须承担上部结构荷载，为保证橡胶隔震支座在地震下正常工作，规定水平位移为0.55D时，橡胶隔震支座可承担的最大压应力作为极限压应力。这时的受荷面积为0.256D2 。,通过试验得知，当橡胶隔震支座的第一形状系数S115，第二形状系S23，橡胶硬度不小于40时，隔震支座的最小屈服应力值=34MPa，行业

14、标准中取30MPa。,竖向拉应力设计值限值,竖向拉应力指支座在轴向拉力作用下产生的应力，要求极限拉应力不小于1.5MPa。可以看出，橡胶隔震支座的竖向极限拉应力远小于竖向极限压应力，这是因为受拉承载力是由钢板与橡胶之间的粘结来保证的。因此设计时应尽量避免橡胶隔震支座受拉，如果不能避免，拉应力1 MPa。,等效粘滞阻尼,普通橡胶隔震支座的滞回曲线远没有铅芯橡胶隔震支座的滞回曲线饱满，振动中消耗的能量也小得多。滞回曲线的这一特性可用阻尼表示，滞回曲线饱满，面积越大，消耗的量也越多，阻尼也越大。 普通橡胶隔震支座的滞回环很窄，消耗的能量较小，等效阻尼比为1%2%。铅芯橡胶隔震支座的滞回环比较丰满，消

15、耗能量较多，等效阻尼比可达15%25%。,- 表示滞回环的面积,反映阻尼的参数是等效阻尼比,内容,（1）隔震建筑原理 （2）地震时隔震建筑表现 （3）隔震层组成 橡胶隔震支座 滑动隔震支座 消能减震装置 （4）隔震技术应用范围和适用条件 （5）隔震设计基本要求 （6）隔震结构的设计 隔震层位置 隔震结构计算 隔震层设计 下部结构及基础设计 上部结构设计 隔结构常用构造图 （7）隔震支座检验要求 （8）施工技术要点 （9）工程设计设计实列,滑板隔震支座,平板式摩擦滑移隔震支座构造图,平板式摩擦滑移隔震支座实物,目前常用的滑动隔震支座主要有平板式摩擦滑移隔震支座和摩擦摆隔震支座。由于使用较少，在建

16、筑行业还没有统一的设计规范和行业标准，设计人员若要采用这类支座，须考虑支座生产厂家给出的产品性能参数。这是平板式滑移隔震支座，主要由:不锈钢摩擦板,聚四氟乙烯（PTFE）滑移层和橡胶垫组成，不锈钢摩擦板的表面需经过专门的刨光处理,并在其上涂一层热硬化的树脂以提高其耐磨性。,摩擦摆隔震支座（类型I）,摩擦摆隔震支座构造图,摩擦摆隔震支座（类型I I ）,内容,（1）隔震建筑原理 （2）地震时隔震建筑表现 （3）隔震层组成 橡胶隔震支座 滑动隔震支座 消能减震装置 （4）隔震技术应用范围和适用条件 （5）隔震设计基本要求 （6）隔震结构的设计 隔震层位置 隔震结构计算 隔震层设计 下部结构及基础设

17、计 上部结构设计 隔震结构常用构造图 （7）隔震支座检验要求 （8）施工技术要点,消能减震装置,液体粘滞阻尼器 铅棒阻尼器 碟形弹簧阻尼器,液体粘滞阻尼器,粘滞阻尼器剖面,粘滞阻尼器原理,隔震结构中粘滞阻尼器原理安装方法,液体粘滞阻尼器是一种速度型阻尼器，它提供作用力的大小与速度相关，推拉速度越快，力越大，相反慢慢推和拉，力很小。这种阻尼器没有刚度，安装这种阻尼器不会改变隔震结构的周期，只起消耗地震能量的作用。,铅棒阻尼器,铅棒阻尼器又称U型铅阻尼器，是用铅制成的，属金属阻尼器，靠大变形后金属的塑性变形消耗地震能量，因此称为位移型阻尼器。这种阻尼器具有刚度，安装后会改变隔震结构的周期。,碟形弹

18、簧阻尼器,碟形弹簧阻尼器，是用软钢制成的，利用软钢低屈服强度的特点，在大变型情况下消耗地震能量。与铅阻尼器一样。,内容,（1）隔震建筑原理 （2）地震时隔震建筑表现 （3）隔震层组成 橡胶隔震支座 滑动隔震支座 消能减震装置 （4）隔震技术应用范围和适用条件 （5）隔震设计基本要求 （6）隔震结构的设计 隔震层位置 隔震结构计算 隔震层设计 下部结构及基础设计 上部结构设计 隔震结构常用构造图 （7）隔震支座检验要求 （8）施工技术要点,隔震技术应用范围和适用条件,2000抗震规范作如下要求： （1）隔震设计，应主要应用于使用功能有特殊要求的建筑及抗震设防烈度为8、9度的建筑。（3.8.1）

19、（2）非隔震时，结构基本周期小于1.0s。（以下12.1.3） （3）体型基本规则，高度不超过40m，在两个主轴方向以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构。 （4）建筑场地宜为、类，并应选用稳定性较好的基础类型。 （5）风荷载和其它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%。,对一些使用功能有特殊要求的建筑，如地震时不能中断使用的指挥机关、公安消防部门，地震时不能损坏信息系统和重要设备的银行、通讯部门，不能发生次生灾害的存放有毒、爆炸物品的建筑、高危试验室，地震时要求有更大生命安全保障的幼儿园、中小学、医院等建筑，可以优先考虑采

20、用隔震技术。,随着隔震技术的深入研究，隔震技术也逐渐应用到了中高层建筑。在隔震发展成熟的日本，隔震大量用于高层建筑，有些甚至是超高层建筑。,Osaka City，结构高168.5m，地下1层，地上50 层，高宽比：4.2（长边）， 5.7（短边）。,四川成都凯德风尚高层住宅区隔震建筑，小区总建筑面积600,000m2，由27栋1820层的高层住宅和2栋低层住宅组成。,隔震技术应用范围和适用条件,2010抗震规范作如下要求： （1）隔震设计可用于抗震安全性、使用功能有较高要求或专门要求的建筑。（3.8.1） (以下12.1.3) （2）结构高宽比宜小于4且变形特征接近剪切形，其最大高度应满足规范

21、非隔震结构要求；高宽比大于4的结构采用隔震设计时，应进行详细分析，必要时通过试验确定。 （3）建筑场地宜为、类，并应选用稳定性较好的基础类型。 （4）风荷载和其它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%。,内容,（1）隔震建筑原理 （2）地震时隔震建筑表现 （3）隔震层组成 橡胶隔震支座 滑动隔震支座 消能减震装置 （4）隔震技术应用范围和适用条件 （5）隔震设计基本要求 （6）隔震结构的设计 隔震层位置 隔震结构计算 隔震层设计 下部结构及基础设计 上部结构设计 隔震结构常用构造图 （7）隔震支座检验要求 （8）施工技术要点,.设防目标,采用隔震技术的建筑的抗震设

22、防水准高于同条件下的非隔震建筑。规定：达到的设防目标是，当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震时应不损坏，且不影响使用功能；当遭受本地区设防烈度的地震时，应产生非结构性损坏或轻微的结构损坏，一般不需修理仍可继续使用；当遭受高于本地区设防烈度的预估的罕遇地震时，应不致发生危及生命的破坏和丧失使用功能。,（1）隔震建筑的体型应基本规则，上部建筑重心尽可能与隔震层的刚度中心接近，保证隔震结构地震时不至因太大的扭转而发生意外的破坏。 （2）合理设置隔震结构的基本周期，避开场地周期和上部结构的周期，有效发挥隔震技术的效用。 （3）隔震设计应根据预期的水平向减震系数和位移控制要求，选择适当的隔震支座和阻尼器（

23、消能器）。如果需要，还要设置抵抗风荷载的部件（如抗风拉杆或抗风销键）。 （4）隔震支座应进行竖向承载力的验算和罕遇地震下水平位移的验算。,2.隔震设计基本要求,（5）隔震层以上结构的水平地震作用应根据水平向减震系数确定。考虑竖向地震作用时，竖向地震作用标准值8 度和9 度时分别不应小于隔震层以上结构总重力荷载代表值的20%和40%。 （6）隔震层以下结构(包括地下室)的抗震验算应采用罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和弯矩进行设计。 （7）隔震建筑地基基础的抗震验算仍应按抗震设防烈度进行。 （8）穿过隔震层的设备配管、配线，应采用柔性连接或其他有效措施适应隔震层的罕遇地震水平位移。 （9）

24、体型复杂或有特殊要求的结构采用隔震方案时，宜通过模型试验后确定。,内容,（1）隔震建筑原理 （2）地震时隔震建筑表现 （3）隔震层组成 橡胶隔震支座 滑动隔震支座 消能减震装置 （4）隔震技术应用范围和适用条件 （5）隔震设计基本要求 （6）隔震结构的设计 隔震层位置 隔震结构计算 隔震层设计 下部结构及基础设计 上部结构设计 隔震结构常用构造图 （7）隔震支座检验要求 （8）施工技术要点,隔震层位置,隔震层在基础顶（无地下室）,隔震层在基础和地下室之间,隔震层设置在地下室内,隔震层在地下室与上部结构之间,隔震层在群房与上部结构之间,中间层隔震,下部建筑要用作商业用途时，采用隔震技术不方便使用

25、，可将隔震层设置在中间层，位置不能太高。 隔震层置于基础顶是最基本的隔震构造型式，可最大限度地隔离地震能量。从建筑功能看，为了方便安装和维修隔震装置，可将安装及维修层直接做成地下或半地下室，而隔震层就设置在地下室的柱顶或墙顶。将隔震层设置在上部结构中（中间层隔震）主要时针对一些特殊情况所采取的措施，如建筑底部周围没有可供位移的空间。,内容,（1）隔震建筑原理 （2）地震时隔震建筑表现 （3）隔震层组成 橡胶隔震支座 滑动隔震支座 消能减震装置 （4）隔震技术应用范围和适用条件 （5）隔震设计基本要求 （6）隔震结构的设计 隔震层位置 隔震结构计算 隔震层设计 下部结构及基础设计 上部结构设计

26、隔震结构常用构造图 （7）隔震支座检验要求 （8）施工技术要点,隔震结构计算,隔震层刚度 隔震层阻尼比 水平向减震系数 水平地震作用计算 竖向地震作用计算 隔震结构设计计算模型,隔震结构计算和一般结构不同，不但要进行小震下的计算，还要进行罕遇地震下的计算，内容不但有变形验算，还有强度验算。 隔震结构计算包括小震下隔震结构的强度验算，解决隔震层以上结构的设计问题。罕遇地震计算，解决隔震层在罕遇地震下可能出现的最大位移以及隔震层以下结构中部分构件的强度设计问题，也就是说隔震层以下结构中的部分构件需要按罕遇地震进行设计，这与非隔震结构有所不同。,隔震层刚度,隔震层刚度按下式计算：, j隔震支座(含阻

27、尼器)由试验确定的水平动刚度，当试验发现动刚度与加载频率有关时，宜取相应于隔震体系基本自振周期的动刚度值。,隔震层阻尼比,隔震结构阻尼比按下式计算：, j 隔震支座由试验确定的等效粘滞阻尼比，单独设置的阻尼器时，应包括该阻尼器的相应阻尼比,计算隔震结构地震作用时需要用这个参数，通常上部结构刚度较大的（砌体结构和层数较少的框架结构）隔震结构隔震层阻尼就是整个结构的阻尼。例如，砖混结构和混凝土框架结构的阻尼比为5%，如果采用铅芯橡胶支座后， 隔震层的阻尼比为20%，则整个结构的阻尼比为20%，隔震结构地震作用时按这个阻尼比计算地震影响系数。,水平向减震系数,在小震下的结构设计中采用分部设计方法，为

28、此引入水平向减震系数。 分部设计方法把整个隔震结构体系分成上部结构(隔震层以上结构) 、隔震层、隔震层以下结构和基础四部分，分别进行设计。,小震下隔震结构，采取独特的分部设计方法，引入了水平向减震系数。它们在隔震设计和抗震设计之间建立起了一座相互沟通的桥梁，使抗震设计资源和技术能在隔震设计中继续得到应用或稍作变动后得到应用,这是抗震规范的重要特色。,水平向减震系数定义为：多遇地震下，结构隔震与非隔震相比，楼层剪力的比值。 目的是将非隔震结构设计方法用于隔震建筑的上部结构设计。 计算方法 （1）对砌体房屋或与砌体房屋结构基本周期相当的房屋，水平地震作用和地震反应可采用等效侧力法计算； （2）其他

29、情况，除可采用等效侧力法计算外，尚应采用时程分析法计算。,时程分析时选波要符合规范的规定。 对于地震波的选择：行业标准规定 1、 对甲、乙类建筑应选用符合工程地震和场地特性的人工模拟地震加速度时程曲线及实际强震记录的地震波。数量不宜少于4条，其中至少有1条人工模拟地震加速度时程曲线。 2 、对其它类建筑，应选用符合工程地震和场地特性的人工模拟地震加速度时程曲线及实际强震记录的地震波。数量不宜少于3条，其中至少有1条人工模拟地震加速度时程曲线。,等效侧向力法包括基底剪力法和振型分解反应谱法。 在2010规范中又增加的楼层倾覆力矩的要求，取剪力和倾覆力矩的较大值。对较高的建筑可能是倾覆力矩起控制作

30、用。,为了提高隔震设计的抗震设防目标,设计时,水平向减震系数取层间剪力比最大值 的 。且不宜小于0.25。,规范给出了层间剪力最大比值和水平向减震系数的四个区段控制值。表中，层间剪力比最大值是计算所得实际减震系数，水平向减震系数属于设计取值。,水平地震作用计算,隔震结构按非隔震结构计算 水平地震影响系数的最大值可采用规范规定的水平地震影响系数最大值和水平向减震系数的乘积。 水平地震作用沿高度可采用矩形分布（按质量均匀分布）,（1）简化计算,多层砌体结构及与砌体结构周期相当的钢筋混凝土结构采用隔震时，可采用简化计算方法。简化计算要求结构规则，变形基本为剪切型。, 隔震结构基本周期,隔震层剪力,

31、上部结构地震作用分布，按楼层重量均匀分布。, 减震系数,（2）等效侧力法,隔震结构计算的等效侧力法适用于一般性层数较低、以剪切变形为主的结构。 地震作用计算方法与规范中的底部剪力法和振型反应谱法相同。计算时，可以按非隔震结构计算，只是地震影响系数取值有所不同，计算得到的非隔震结构的地震影响系数要乘以减震系数。 地震作用沿高度的分布计算也相同，但砌体结构以及与砌体结构基本周期相当的结构,沿高度按均匀分布计算。,需要说明的是地震作用分布，隔震结构地震作用分布呈均匀分布或梯型分布，而非隔震结构呈倒三角或上大下小的曲线分布。因此计算层剪力时，通常情况下非隔震结构每一层的层剪力都会比隔震结构大，所以按非

32、隔震的地震作用分布计算隔震结构地震作用分布是偏保守的。,（3）通用计算方法#,隔震结构水平地震作用的通用计算方法可采用振型分解反应谱法。计算时，上部结构与隔震层一并考虑。取隔震结构的振型及周期，根据规范反应谱计算各振型的地震作用，参考水平向地震作用系数的取值，各振型地震作用按下式进行调整：,（4）水平地震作用要求,按上述方法计算得到的水平地震作用还应满足下面条件： 1）水平向减震系数不宜低于0.25,且隔震后结构的总水平地震作用不得 低于非隔震的结构在6度设防时的总水平地震作用； 2）各楼层的水平地震剪力尚应符合规范最小地震剪力系数的规定。 楼层最小地震剪力系数值,注：1. 基本周期介于3.5

33、s和5.0s的结构，可插入取值 2. 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,竖向地震作用计算,考虑到橡胶隔震支座对竖向地震的隔震效果较差，竖向地震作用验算按下面要求进行： （1）67度可不进行竖向地震作用的计算； （2）8度和9 度且水平向减震系数为0.25 时，上部结构应进行竖向地震作用计算； （3）8 度且水平向减震系数不大于0.5 时，宜进行竖向地震作用计算。 （4）竖向地震作用取值：8 度和9 度时分别不应小于隔震层以上结构总重力荷载代表值的20 %和40 %。各楼层可视为质点，按规范计算其竖向地震作用标准值沿高度的分布。,隔震结构设计计算模型,隔震结构计

34、算模型通常包括隔震层和上部结构，计算软件提供较强功能时，下部结构也可以一并考虑。 由于隔震房屋中隔震层的设置，隔震层以上的结构要求与隔震层以下的结构完全断开，因此隔震层顶部需要设置一层楼板及必要的支撑梁体系，计算隔震结构时，这部分结构也应一并计算。,（1）混凝土结构,一、通用方法 以一个平面框架隔震结构为例，隔震结构的计算简图见图，隔震结构计算时将隔震层作为一层楼输入，隔震支座可以看成是一个“短柱”，短柱的水平刚度取相对应的隔震支座的等效水平刚度，竖向刚度取相对应的隔震支座的竖向刚度，这样就可以采用现在一些通用的设计软件，如SATWE和TBSA等，进行隔震结构的分析，并进行上部结构的配筋计算了

35、。 框架剪力墙结构和剪力墙结构采用隔震技术时，也可以参考框架隔震的方法建立计算模型。,采取这种模型计算时，地震作用计算按前面介绍的通用方法。好处是概念清楚，可以准确计算出隔震层上所有结构构件内力并进行强度验算，包括隔震层顶板的梁。 二、减震系数法 建立不考虑隔震的结构模型，地震影响系数取非隔震的地震影响系数与减震系数的乘积。这种模型不能计算隔震层顶板的梁。,（2）砌体结构,隔震砌体结构采用软件设计时，可以按非隔震结构建立计算模型，地震作用可以采用上述简化算法。地震作用沿竖向分布能取均匀分布最好，如果软件不能提供这种分布方式，采用倒三角的分布也是可行的，墙体强度验算偏安全。,内容,（1）隔震建筑

36、原理 （2）地震时隔震建筑表现 （3）隔震层组成 橡胶隔震支座 滑动隔震支座 消能减震装置 （4）隔震技术应用范围和适用条件 （5）隔震设计基本要求 （6）隔震结构的设计 隔震层位置 隔震结构计算 隔震层设计 下部结构及基础设计 上部结构设计 隔震结构常用构造图 （7）隔震支座检验要求 （8）施工技术要点,隔震层设计包含: 隔震支座的布置 隔震支座承载力验算 罕遇地震下最大位移 水平屈服荷载 弹性水平恢复力验算。,1. 隔震支座的布置,隔震装置布置时要同时考虑竖向和水平向的要求。首先隔震装置要满足竖向荷载的要求，其次是水平荷载。为了提高上部结构的减震效果，隔震层的总水平刚度应尽量小，同时也要控

37、制隔震层的位移。 框架结构的隔震可以采用一柱一个隔震支座的形式。当柱轴力非常大，一个支座无法满足承载力的要求时，可以采取一柱多个隔震支座的形式。 剪力墙结构的隔震支座布置原则是纵横向承重墙交接处、墙体端部和墙身下。要求剪力墙下的隔震支座间距不大于2米。,2010抗规对剪力墙墙下布置间距不大于2m的规定进行了修改，不作要求，可以只在两端布置。,规范要求隔震支座底面宜布置在相同标高位置上，必要时也可布置在不同的标高位置上。 因此一个建筑物的隔震支座可以放置在同一标高上，也可以放置在不同标高上。隔震支座放置在不同标高上并不影响隔震效果。特别注意的是，隔震支座周围须留有足够的变形空间，见图。 同一建筑

38、物中选用多个型号的隔震支座时，一般保证支座的顶标高相同。,隔震支座布置符合下列要求： （1）隔震层由隔震支座、阻尼装置和抗风装置组成。阻尼装置和抗风装置可与隔震支座合为一体，亦可单独设置。必要时可设置限位装置。 （2） 隔震层刚度中心宜与上部结构的质量中心重合。 （3） 隔震支座的平面布置宜与上部结构和下部结构中竖向受力构件的平面位置相对应。 （4） 同一房屋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力和水平变形能力。 （5） 同一支承处选用多个隔震支座时，隔震支座之间的净距应大于安装和更换时所需的空间尺寸。 （6）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。 （7

39、）隔震层在罕遇地震下应保持稳定，不宜出现不可恢复的变形。,2. 隔震支座承载力验算,隔震支座承载力验算包括承压验算和受拉验算。 计算平均压应力设计值时，按永久荷载（静荷载）和可变荷载（活荷载）组合计算；对需验算倾覆的结构应包括水平地震作用效应组合；对需进行竖向地震作用计算的结构，尚应包括竖向地震作用效应组合。橡胶隔震支座的平均压应力设计值不应超过规范的规定。,隔震房屋抗倾覆验算应符合下列要求：,1 隔震房屋的高宽比超过抗震规范相应规定时，应进行抗倾覆验算。 2 隔震房屋抗倾覆验算包括结构整体抗倾覆验算和隔震支座承载力验算。 3进行结构整体抗倾覆验算时，应按罕遇地震作用计算倾覆力矩，并按上部结构

40、重力代表值计算抗倾覆力矩。抗倾覆安全系数应大于1.2。 4 上部结构传递到隔震支座的重力代表值应考虑倾覆力矩所引起的增加值。,5 在罕遇地震作用下验算倾覆时，现行规范要求橡胶隔震支座不应出现拉应力。隔震支座不宜出现受拉应力是考虑到橡胶受拉后内部有损伤，降低了支座的弹性性能，隔震支座出现拉应力，意味着上部结构存在倾覆危险。但随着对橡胶隔震支座的深入研究，以及橡胶隔震支座生产水平的不断提高，隔震支座橡胶可以承担一定的拉应力，实践中要求罕遇地震下橡胶隔震支座的设计拉应力控制在11.2MPa以内。 罕遇地震作用下验算倾覆时，隔震支座压应力取3035MPa,3. 隔震层罕遇地震下的位移,（1）罕遇地震下

41、隔震层剪力直接按规范反应谱计算得到。,（2）隔震层质心在罕遇地震下的水平位移按下式计算：,（3）隔震层中各隔震支座在罕遇地震作用下的最大水平位移应满足下列要求（取大值）：,上部结构及隔震层部件应与周围固定物脱开。 （1）与水平方向固定物的脱开距离不宜少于隔震层在罕遇地震作用下最大位移的1.2倍，且不小于200mm； （2）与竖直方向固定物的脱开距离宜取所采用的隔震支座中橡胶层总厚度最大者的1/25加上10mm，且不小于15mm。,4. 隔震层水平屈服荷载,为了保证隔震层在风载和微小地震作用下，防止隔震层产生较大位移，影响隔震建筑的正常使用，要求隔震层“不屈服”。为实现这个目标，可以设置一些抗风

42、装置、使用具有一定刚度的铅芯橡胶隔震支座和较大初刚度的位移型消能器（阻尼器）。,规范要求抗震风装置的水平抗震承载力按下式进行验算：,通常情况下，采用适当数量的铅芯橡胶隔震支座就可以达到这个要求，不足时可以增加一些抗风拉杆。在风荷载较大的沿海地区，还可以设置抗风销键，销键由金属制成，用销键的抗剪强度抵抗风荷载的作用，一但较大地震发生，抗风销键剪断，隔震支座发挥作用。,5.隔震层弹性恢复力,地震下隔震层应保证具有一定的弹性恢复力，保证地震后建筑物回到初始位置。规范要求：,在多遇地震作用和风作用下，隔震支座产生的水平恢复力要大于隔震支座的水平屈服荷载，也就是说，隔震支座屈服后，仍有足够大的恢复力以避

43、免显著的残余变形，有能力承受余震和未来再次发生的地震作用。,6. 隔震层的构造要求：,（1）隔震支座与上部结构、下部结构应有可靠的连接。 （2）与隔震支座连接的梁、柱、墩等应考虑水平受剪和竖向局部承压，并采取可靠的构造措施，如加密箍筋或配置网状钢筋。 （3） 利用构件钢筋作避雷线时，应采用柔性导线连通上部与下部结构的钢筋。 （4） 穿过隔震层的竖向管线应符合下列要求： 1）直径较小的柔性管线在隔震层处应预留伸展长度，其值不应小于隔震层在罕遇地震作用下最大水平位移的1.2倍；,2）直径较大的管道在隔震层处宜采用柔性材料或柔性接头； 3）重要管道、可能泄漏有害介质或燃介质的管道，在隔震层处应采用柔

44、性接头。,（5） 隔震层设置在有耐火要求的使用空间中时，隔震支座和其他部件应根据使用空间的耐火等级采取相应的防火措施。 （6） 隔震层所形成的缝隙可根据使用功能要求，采用柔性材料封堵、填塞。 （7） 隔震层宜留有便于观测和更换隔震支座的空间。 （8）上部结构及隔震层部件应与周围固定物脱开。,内容,（1）隔震建筑原理 （2）地震时隔震建筑表现 （3）隔震层组成 橡胶隔震支座 滑动隔震支座 消能减震装置 （4）隔震技术应用范围和适用条件 （5）隔震设计基本要求 （6）隔震结构的设计 隔震层位置 隔震结构计算 隔震层设计 下部结构及基础设计 上部结构设计 隔震结构常用构造图 （7）隔震支座检验要求

45、（8）施工技术要点,1.下部结构设计 隔震层以下结构（包括支墩，柱子，墙体，地下室等）的地震作用和抗震验算，应按罕遇地震作用下隔震支座底部的水平剪力、竖向力及其偏心距进行验算。 上部结构和隔震层传至下部结构顶面的水平地震作用，可按隔震支座的水平刚度分配；当考虑扭转时，尚应计入隔震层的扭转刚度。,2.基础设计 根据规范要求，下列隔震建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算： （1） 砌体房屋；（2） 地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层（指7度、8度和9度时，地基承载力特征值分别小于80、100和120kPa的土层）的下列建筑： 1）不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋 2）基础荷

46、载与上述民用建筑框架相当的多层框架厂房（3） 规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。 需进行地基基础抗震验算和地基处理的隔震结构，按多遇地震下的地震作用进行基础及地基承载力的验算。 当下部结构或地基基础需要考虑竖向地震作用时，也按多遇地震下结构承受的竖向地震作用进行验算。,隔震建筑承担地基不均匀沉降的能力较弱，而地震时，当地基为液化土时，又极易产生不均匀沉降，因此，隔震建筑地基必须采取抗液化措施。采取抗液化措施前先对地基进行地基的液化判别，根据液化等级和地基情况采用取不同措施。目前地基抗液化的方法有：置换法、灌浆法、深层搅拌、降低水位法、振冲水冲法、强力夯实法、深层挤密法、砂井预压法，等等。

47、对甲、乙类建筑的液化判别和抗液化措施应按提高一个液化等级确定，直至全部消除液化沉陷。,内容,（1）隔震建筑原理 （2）地震时隔震建筑表现 （3）隔震层组成 橡胶隔震支座 滑动隔震支座 消能减震装置 （4）隔震技术应用范围和适用条件 （5）隔震设计基本要求 （6）隔震结构的设计 隔震层位置 隔震结构计算 隔震层设计 下部结构及基础设计 上部结构设计 隔震结构常用构造图 （7）隔震支座检验要求 （8）施工技术要点,1.上部结构的截面抗震验算应符合下列规定： （1） 上部结构的截面抗震验算，应按规范对非隔震结构的规定进行。其中的水平地震作用效应，可依据水平向减震系数确定。 （2） 上部结构为框架、框

48、架-抗震墙和抗震墙结构时，隔震层顶部的纵、横梁和楼板体系应作为上部结构的一部分进行计算。 上部结构为砌体结构时，隔震层顶部各纵、横梁可按受均布荷载的单跨简支或多跨连续托墙梁计算；当按连续梁计算的正弯矩小于按单跨简支梁计算的跨中弯矩的0.8倍时，应按0.8倍单跨简支梁跨中弯矩取值。当计算出现负弯矩时，应进行双侧配筋。对托墙梁顶砌体应进行局部承压验算，并在构造上采取适当加强措施。,（3）计算托墙梁的地震组合弯矩时，由竖向荷载产生的弯矩可按下列方法确定： 1）当上部砖墙不超过4层时，墙体自重及其承担的重力全部计入； 2）当上部砖墙超过4层且在跨中1/2区段的墙体仅有一个洞口时，墙体自重及其承担的重力可仅取4层计入； （4）对砌体结构，在墙体截面抗震验算时，其砌体抗震抗剪强度的正应力影响系数可按减去竖向地震作用效应后的平均压应力取值。