隔震和消能减震设计

《隔震和消能减震设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《隔震和消能减震设计（15页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、隔震和消能减震设计12.1 一般规定12.1.1 本章适用于在建筑上部结构与基础之间设置隔震层以隔离地震能量的房 屋隔震设计，以及在抗侧力结构中设置消能器吸收与消耗地震能量的房屋消能减震设 计。采用隔震和消能减震设计的建筑结构，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 本章隔震设计指在房屋底部设置的由橡胶隔震支座和阻尼器等部件组成的 隔震层，以延长整个结构体系的自振周期、增大阻尼，减少输入上部结构的地震能量, 达到预期防震要求。2 消能减震设计指在房屋结构中设置消能装置，通过其局部变形提供附加阻 尼，以消耗输入上部结构的地震能量,达到预期防

2、震要求。12.1.2 建筑结构的隔震设计和消能减震设计，应根据建筑抗震设防类别、抗震 设防烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求,与采用抗震设计的设计方案进 行技术、经济可行性的对比分析，后确定其设计方案。12.1.3 3 需要减少地震作用的多层砌体和钢筋混凝土框架等结构类型的房屋，采 用隔震设计时应符合下列各项要求：1 结构体型基本规则,不隔震时可在两个主轴方向分别采用本规范第 5.1.2 条规定 的底部剪力法进行计算且结构基本周期小于1.0s；体型复杂结构采用隔震设计，宜通 过模型试验后确定。2建筑场地宜为I、II、In类，并应选用稳定性较好的基础类型。3 风荷载和其他非地震作用的水平

3、荷载标准值产生的总水平力不宜超过结构总重 力的 10%o4 隔震层应提供必要的竖向承载力、侧向刚度和阻尼；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。12.1.4 需要减少地震水平位移的钢和钢筋混凝土等结构类型的房屋宜采用 消能减震设计。消能部件应对结构提供足够的附加阻尼尚应根据其结构类型分别符合本规范相应章节的设计要求。12.1.5 5 隔震和消能减震设计时，隔震部件和消能减震部件应符合下列要求1隔震部件和消能减震部件的耐久性和设计参数应由试验确定。2 设置隔震部件和消能减震部件的部位，除按计算确定外，应采取便于检查和替换的措施。3 设计文件上应注

4、明对隔震部件和消能减震部件性能要求，安装前应对工程中所用的各种类型和规格的原型部件进行抽样检测，每种类型和每一规格的数量不应少于3 个，抽样检测的合格率应为 100%o12.1.6建筑结构的隔震设计和消能减震设计，尚应符合相关专门标准的规定。12.2 房屋隔震设计要点12.2.1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（含阻尼器）及为抵抗地基微震动与风荷载提供初刚度的部件组成结构的隔震 层。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。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；其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

5、荷载代表值的20%和40%。12.2.2建筑结构隔震设计的计算分析，应符合下列规定：1隔震体系的计算简图可采用剪切型结构模型（图 12.2.2）；当上部结构的质心与 隔震层刚度中心不重合时应计入扭转变形的影响。隔震层顶部的梁板结构，对钢筋混 凝土结构应作为其上部结构的一部分进行计算和设计。图 12.2.2 隔震结构计算简图2 一般情况下，宜采用时程分析法进行计算；输入地震波的反应谱特性和数量，应符合本规范第5.1.2条的规定；计算结果宜取其平均值；当处于发震断层IOkm以内 时，若输入地震波未计及近场影响，对甲、乙类建筑，计算结果尚应乘以下列近场影 响系数：5km以内取1.5,5km以外取12

6、5。3砌体结构及基本周期与其相当的结构可按本规范附录L简化计算。12.2.3隔震层由橡胶和薄钢板相间层叠组成的橡胶隔震支座应符合下列要求:1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效直径的 0.55倍和各橡胶层总厚度 3.0倍二者的较大值。2 在经历相应设计基准期的耐久试验后，隔震支座刚度、阻尼特性变化不超过初 期值的士 20%；徐变量不超过各橡胶层总厚度的5%。3各橡胶隔震支座的竖向平均压应力设计值，不应超过表 12.2.3的规定。表12.2.3横胶隔震支座平均压应力限值类别口类幺1注：1 平均压应力设计值应按永久荷载和可变荷载组合计算，对需验算倾覆的结 构应包括水平

7、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：2当橡胶支座的；第二形状系数（有效直径与各橡胶层总厚度之比）小于5.0 时应降低平均压应力限值小于 5不小于 4时降低 20%,小于4不小于 3时降低40%；3 外径小于 300mm 的橡胶支座,其平均压应力限值对丙类建筑为 12MPa012.2.4隔震层的布置/竖向承载力/侧向刚度和阻尼应符合下列规定：1 隔震层宜设置在结构第一层以下的部位，其橡胶隔震支座应设置在受力较大的 位置，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保持稳定，不宜出现不可恢复

8、的变形。隔震层橡胶支座在罕遇地震作用下，不宜出现拉应力。2隔震层的水平动刚度和等效粘滞阻尼比可按下列公式计算：JXKRK(I2.2J-2)式中Ceq-隔震层等效粘滞阻尼比；Kh-隔震层水平动刚度；Cj-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；Kj-j 隔震支座(含阻尼器)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。3 隔震支座由试验确定设计参数时，竖向荷载应保持表 12.2.3 的平均压应力限值 对多遇地震验算，宜采用水平加载频率为0.3Hz且隔震支座剪切变形为50%的水平刚 度和等效粘

9、滞阻尼比；对罕遇地震验算，直径小于600mm的隔震支座宜采用水平加载 频率为0.1Hz且隔震支座剪切变形不小于250%时的水平动刚度和等效粘滞阻尼比，直 径不小于600mm的隔震支座可采用水平加载频率为0.2Hz且隔震支座剪切变形为100% 时的水平动刚度和等效粘滞阻尼比。12.2.5隔震层以上结构的地震作用计算，应符合下列规定：1 水平地震作用沿高度可采用矩形分布;水平地震影响系数的最大值可采用本规范第5.1.4 条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。水平向减震 系数应根据结构隔震与非隔震两种情况下各层层间剪力的最大比值，按表12.2.5确 定。表 12.2.5层间剪力最大比

10、值与水平向减震系数的对应关系I I 053 T 035 I I I-0.750,382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；各楼层的水平地震剪力尚应符合本规范第5.2.5 条最小地震剪力系数的规定。39度时和8度且水平向减震系数为 0.25时，隔震层以上的结构应进行竖向地震 作用的计算；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的计算。隔 震层以上结构竖向地震作用标准值计算时，各楼层可视为质点并按本规范第 5.3节公 式(5.3.1-2)计算竖向地震作用标准值沿高度的分布。12.2.6隔震支座的水平剪力

11、应根据隔震层在罕遇地震下的水平剪力按各隔震支座 的水平刚度分配当按扭转耦联计算时，尚应计及隔震支座的扭转刚度。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：1“Wml(12.2.6-1)MW 夕他(12.2.6-2)式中ui-罕遇地震作用下第i个隔震支座考虑扭转的水平位移；ui-第i个隔震支座的水平位移限值；对橡胶隔震支座，不应超过该支座有效直径的 0.55倍和支座各橡胶层总厚度 3.0倍二者的较小值;Ue-罕遇地震下隔震层质心处或不考虑扭转的水平位移；Bi第i个隔震支座的扭转影响系数应取考虑扭转和不考虑扭转时i支座计 算位移的比值；当隔震层以上结构的质心与隔震层刚度中心在两个主轴

12、方向均无偏心 时，边支座的扭转影响系数不应小于 1.15。12.2.7隔震层以上结构的隔震措施，应符合下列规定：1隔震层以上结构应采取不阻碍隔震层在罕遇地震下发生大变形的下列措施：1）上部结构的周边应设置防震缝缝宽不宜小于各隔震支座在罕遇地震下的最大 水平位移值的L2倍。2）上部结构（包括与其相连的任何构件）与地面（包括地下室和与其相连的构件） 之间，宜设置明确的水平隔离缝；当设置水平隔离缝确有困难时，应设置可靠的水平 滑移垫层3）在走廊、楼梯、电梯等部位，应无任何障碍物。2丙类建筑在隔震层以上结构的抗震措施，当水平向减震系数为 0.75时不应降低 非隔震时的有关要求；水平向减震系数不大于 0

13、.50时，可适当降低本规范有关章节对 非隔震建筑的要求,但与抵抗竖向地震作用有关的抗震构造措施不应降低。此时,对砌 体结构，可按本规范附录l采取抗震构造措施；对钢筋混凝土结构，柱和墙肢的轴压 比控制应仍按非隔震的有关规定采用，其他计算和抗震构造措施要求，可按表 12.2.7 划分抗震等级，再按本规范第 6章的有关规定采用。表12.2.7隔震后现浇钢筋混凝土结构的抗震等级R构XK的架I29卜抗我墙UI ;IiAU,11联抗俄墙二12.2.8隔震层与上部结构的连接，应符合下列规定:1 隔震层顶部应设置梁板式楼盖，且应符合下列要求D应采用现浇或装配整体式混凝土板.现浇板厚度不宜小于140mm；配筋现

14、浇面层厚度不应小于50mm。隔震支座上方的纵横梁应采用现浇钢筋混凝土结构。2）隔震层顶部梁板的刚度和承载力，宜大于一般楼面梁板的刚度和承载力。3）隔震支座附近的梁、柱应计算冲切和局部承压，加密箍筋并根据需要配置网状 钢筋。2隔震支座和阻尼器的连接构造，应符合下列要求：D隔震支座和阻尼器应安装在便于维护人员接近的部位；2）隔震支座与上部结构、基础结构之间的连接件，应能传递罕遇地震下支座的最 大水平剪力；3）隔震墙下隔震支座的间距不宜大于 2.0m；4）外露的预埋件应有可靠的防锈措施。预埋件的锚固钢筋应与钢板牢固连接，锚固钢筋的锚固长度宜大于20倍锚固钢筋直径且不应小于250mmo12.2.9隔震

15、层以下结构（包括地下室）的地震作用和抗震验算，应采用罕遇地震 下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩进行计算。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， 甲、乙类建筑的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。12.3 房屋消能减震设计要点12.3.1 消能减震设计时应根据罕遇地震下的预期结构位移控制要求，设置适当的 消能部件消能部件。可由消能器及斜撑、墙体、梁或节点等支承构件组成。消能器可 采用速度相关型、位移相关型或其他类型。注：1速度相关型消能器指粘滞消能器和粘弹性消能器等；2位移相关型消能器指金属屈服消能器和摩擦消能器等。12.3.2 消能部件可根

16、据需要沿结构的两个主轴方向分别设置。消能部件宜设置在 层间变形较大的位置,其数量和分布应通过综合分析合理确定，并有利于提高整个结 构的消能减震能力，形成均匀合理的受力体系。12.3.3消能减震设计的计算分析，应符合下列规定：1一般情况下，宜采用静力非线性分析方法或非线性时程分析方法。2 当主体结构基本处于弹性工作阶段时，可采用线性分析方法作简化估算，并根 据结构的变形特征和高度等,按本规范第 5.1节的规定分别采用底部剪力法、振型分解 反应谱法和时程分析法。其地震影响系数可根据消能减震结构的总阻尼比按本规范第5.1.5 条的规定采用。3消能减震结构的总刚度应为结构刚度和消能部件有效刚度的总和。

17、4 消能减震结构的总阻尼比应为结构阻尼比和消能部件附加给结构的有效阻尼比 的总和。5消能减震结构的层间弹塑性位移角限值，框架结构宜采用1/80。12.3.4消能部件附加给结构的有效阻尼比，可按下列方法确定：1消能部件附加的有效阻尼比可按下式估算：(I2.VI-H式中Ca-消能减震结构的附加有效阻尼比;Wl所有消能部件在结构预期位移下往复一周所消耗的能量;怅-设置消能部件的结构在预期位移下的总应变能。2不计及扭转影响时，消能减震结构在其水平地震作用下的总应变能，可按下式估算：H( I /2)啟(12.3.44)式中Fi-质点i的水平地震作用标准值;ui-质点i对应于水平地震作用标准值的位移。3

18、速度线性相关型消能器在水平地震作用下所消耗的能量，可按下式估算:(12.31-3 I式中TI-消能减震结构的基本自振周期；Cj-第j个消能器由试验确定的线性阻尼系数;6j-第j个消能器的消能方向与水平面的夹角;uj-第j个消能器两端的相对水平位移。当消能器的阻尼系数和有效刚度与结构振动周期有关时，可取相应于消能减震结构基本自振周期的值。4 位移相关型速度非线性相关型和其他类型消能器在水平地震作用下所消耗的能 量，可按下式估算：We=LIz(12.3.4-4)式中Aj-第j个消能器的恢复力滞回环在相对水平位移Auj时的面积。消能器的有效刚度可取消能器的恢复力滞回环在相对水平位移Auj时的割线刚

19、度。5消能部件附加给结构的有效阻尼比超过 20%时，宜按 20%计算。12.3.5 对非线性时程分析法宜采用消能部件的恢复力模型计算；对静力非线性分 析法，消能器附加给结构的有效阻尼比和有效刚度,可采用本章第 12.3.4 条的方法确 定。12.3.6 消能部件由试验确定的有效刚度、阻尼比和恢复力模型的设计参数，应符 合下列规定：1 速度相关型消能器应由试验提供设计容许位移、极限位移，以及设计容许位移 幅值和不同环境温度条件下、加载频率为 0.l4Hz 的滞回模型速度线性相关型消能器 与斜撑、墙体或梁等支承构件组成消能部件时，该支承构件在消能器消能方向的刚度 可按下式计算：=6a/7JK卜(1

20、2.3.61式中Kb-支承构件在消能器方向的刚度；Cv-消能器的由试验确定的相应于结构基本自振周期的线性阻尼系数；T1-消能减震结构的基本自振周期。2 位移相关型消能器应由往复静力加载确定设计容许位移、极限位移和恢复力模 型参数。位移相关型消能器与斜撑、墙体或梁等支承构件组成消能部件时，该部件的 恢复力模型参数宜符合下列要求：30o 3(12.3.6-2)X12.3.6-3)式中昨-消能部件在水平方向的初始刚度；AUPy-消能部件的屈服位移;Ks-设置消能部件的结构楼层侧向刚度；AUS y-设置消能部件的结构层间屈服位移。3在最大应允许位移幅值下，按应允许的往复周期循环60圈后，消能器的主要性能衰减量不应超过 10%,且不应有明显的低周疲劳现象。12.3.7消能器与斜撑、墙体、梁或节点等支承构件的连接，应符合钢构件连接或钢 与钢筋混凝土构件连接的构造要求,并能承担消能器施加给连接节点的最大作用力。12.3.8 与消能部件相连的结构构件，应计入消能部件传递的附加内力，并将其传 递到基础。12.3.9消能器和连接构件应具有耐久性能和较好的易维护性。