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1、GET! 零基础学隔震结构设计一、隔震概念 通过在建筑物上部结构与基础之 间或者在上部结构与下部结构之间设置隔震层，地震产生能 量在向上部结构传递过程中，大部分被柔性隔震层吸收，仅 有少部分传递到上部结构。 隔震技术跨越了以往“硬 碰硬”的传统抗震理念，采取了一种“以柔克刚”的新型设计理 念，通过在结构体系中设置的隔震层来“软化”整个结构体系， 增加结构体系的自振周期、增大阻尼，从而降低地震作用向 上部结构的传递。 结构自振周期增加，加速度反应 减小，位移反应增大；结构阻尼增加，加速反应减小，位移 反应减小。 隔震结构体系主要是由以下三部分组成： 上部结构、隔震层、下部结构和基础，如下图所示：
2、 隔震结构设计一般采用分部设计方法。即将整个隔 震结构分为上部结构、隔震层和下部结构及基础，分别进行 设计。一、确定隔震目标根据以往大量隔震工程项目经验：115层的建筑结构，可以初步确定隔震目标为降低一度半至一度；1530层的结构，初步确定隔震目标为降低一度至半度。 隔震建筑的设防目标一般应高于非隔震建筑。通过合理的隔 震设计， 建筑的设防目标可以达到“小震不坏、 设防地震不坏或轻微破坏、 大震不丧失使用功能或可修”， 有时甚至超过此 目标，实现基于性能的设计思想。二、确定隔震层位置基础 隔震，隔震层位于地下室顶部或单独设置隔震层柱顶隔震， 隔震层布置在一层柱顶层间隔震 特殊结构如大底盘多塔结
3、构，其柱距較大， 为不影响大底 盘层的使用功能， 可在上部结构与大底盘层之间， 专门设 置层高 1. 5m2. 0m 的隔震层 。特别地，对于有人防要求 的建筑，其隔震层应设在人防地下室的上面一层。对于地下 室层高比较高的建筑， 隔震层放置在地下室这一层， 由于建 筑抗震设计规范 ( GB50011-2010 )条第一款规定： 隔震层支墩、支柱及相连构件，应采用隔震结构罕遇地震下 隔震支座的竖向力、水平力和力矩进行承载力验算。如果将 隔震支座设置在柱顶，必然导致下支墩高度很高，计算长度 很长，这样导致下支墩很肥大，不利于地下室的使用。因此 可以将下支墩做成牛腿，也可以在下支墩顶部设置拉梁，还
4、可以单独做一个隔震层。三、上部结构计算 1、上支墩层改为下端铰接约束 考虑到隔震橡胶支 座的抗扭刚度、抗弯刚度相对混凝土柱非常小，或者说隔震 橡胶支座传递弯矩和扭矩的能力弱，因此，为了使模型结构 的受力状态与真实结构的受力状态更接近， 建筑结构模型 的底层柱改为下端铰接约束。 注意：如果输入上支 墩层，则层底设铰；否则不设铰。 2 、考虑竖向地震作用考虑到目前橡胶隔震支座，对减小水平向地震作用非常明显， 对减小竖向地震作用不明显，隔震后，结构的竖向地震力可 能大于水平地震力，应予以重视并做相应的验算，采取适当 的措施。因此， 建筑抗震设计规范 （GB50011-2010 ）第 条中规定： 隔震
5、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（0.2g ）、 8度（0.3g ）和9度（0.4g ）时分别不应小于隔震层以上 结构总重力荷载代表值的 20% 、 30% 和 40% 。建筑抗震设计规范 （ GB50011-2010 ）第 条第 4 款：9 度时和 8 度且水平向减震系数不大于 0.3 时，隔震层以上结 构应进行竖向地震作用计算。因此，对于 8度时水平向减震 系数大于 0.3 时，可以不考虑竖向地震作用，当水平向减震 系数不大于 0.3 时，应考虑竖向地震作用。对于 9 度区，保 守考虑，依然要考虑竖向地震作用。注意：竖向地震有关的 参数不能降低
6、 3 、模型计算1）将模型文件复制两份，一个布置上隔震支座属性，此时叫隔震模型；另一个不布置 隔震支座属性， 隔震支柱底端设铰， 此时模型叫非隔震模型；2）对隔震模型和非隔震模型分别进行中震时程分析计算；3）人工对比两个模型时程分析结果得出水平向减震系数4）非隔震模型输入水平减震系数的反应谱法计算。5）隔震层的两种建模方法 四、隔震支座设计 第一形状系数 规范规定：为了确保橡胶隔震支座在竖向荷载作用下的承载 力，要求第一形状系数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，为了控制橡胶支座的 稳定性，引入第二形状系数
7、S2S2 定义如下：规范规定：第二形状系数S2 5,但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%竖向刚度水 平变形橡胶隔震支座的水平变形指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：隔震支座在表 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。 水平刚度竖向极限压应力 竖向极限压应力指向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。规范规定：竖向压应力设计值 橡胶隔震支座在重力荷载代表值的竖向压应力不应超过表 的规
8、定。 水平位移 0.55D 时的竖向压应力通过实验得知，当橡胶隔震支座的第一形状系数S1 15,第二形状形状S2 3,橡胶硬度不小于40时，隔震支座的最小屈 服应力值等于 30MPa ，行业标准中取 30MPa 。竖向拉应力 设计值限值竖向拉应力是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 1.5 兆帕，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接来保证的，因此设计 时应尽量避免橡胶隔震支座受拉，如果不能避免，拉应力应 小于等于 1MPa ！等效粘滞阻尼 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%
9、2% 。铅芯橡胶隔震支座的滞回环比较丰满，消 耗能量较多，等效阻尼比可达 15%25% 。 屈曲失稳验算钢板厚度验算注意隔震预埋件与支墩钢筋冲 突二）模型计算1、复制一份隔震模型，对此模型进行在罕遇地震 （大震）的时程（ FNA 法或直接积分法） 计算；2、选用计算水平向减震系数B时同样的地震波；3、在弹性时程参数“主方向峰值加速度”中输入大震下的峰值加 速度。 计算后查看支座的竖向压应力、 极限水平变形、 拉应力五、支墩设计抗规 ：隔震层支墩、支柱及相连构件，应采用隔震结构罕遇地震下隔 震支座底部的竖向力、水平力和力矩进行承载力验算。可根 据支座高度参数，在软件中建立独立柱层，施加节点荷载进
10、 行设计计算，得到支墩的配筋结果。下支墩及其埋件施工方 法 常规浇筑法、先浇后放法、二次浇筑法、倒置锈钢内填 120kg/m3 洛克威岩棉砂加气混凝土板材粘接六、下部结构设计1）按照建筑抗震设计规范 （ GB50011-2010 ） 条第 1 、2 款：隔震层支墩、支柱及相连构件，应采 用隔震结构罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和力 矩进行承载力验算。2）隔震层以下的结构（包括地下室和隔震塔楼下的底盘）中直接支承隔震层以上结构的 相关构件，应满足嵌固刚度比和隔震后设防地震的抗震承载 力要求，并按罕遇地震进行抗剪承载力验算。隔震层以下地 面以上的结构在罕遇地震下的层间位移角限值应满足表 要求。3 ）这里嵌固刚度比，对于基础隔震无须考虑，对于层间隔震，即隔震层以下一层的层刚度比上 隔震层以上一层的层刚度，不小于 2 即满足嵌固刚度比的要 求。4）层间隔震建筑，隔震层以下结构宜采用整体建模分析，将隔震支座建入模型，计算分析来得到下部结 构内力，以设计下部结构。层间隔震，整体建模得到内力， 结果比较准确。 七、基础设计 按照建筑抗震设 计规范（ GB50
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