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1、YJK应用-减震隔震结构设计韩艳薇 2016.21一、地震反应谱计算和弹性时程分析23所有的最终设计须在反应谱法中完成弹性时程分析 规范条文 抗规第5.1.2条， 高规第.条： 针对对象：特别不规则结构、特别重要结构、较高结构 计算方法采用振型叠加法 计算目的补充计算 对计算结果的底部剪力、楼层剪力和层间位移进行比较，当时程 分析法大于振型分解反应谱法时，相关部位的构件内力和配筋作 相应的调整。5弹性时程分析参数设置天然地震波库数量丰富、可自动生成人工波 地震波库中包含了从1931年起至今的数百条实测天然地震 波记录 对于人工波，提供自动生成功能，可按照特征周期、持续 时间等参数自动生成若干符
2、合要求的人工波天然地震波库数量丰富（每个特征周期下有80-200条）8可自动生成人工波自动选波 正确选波“ 在统计意义上相符”：多组时程波的平均地震影响系数曲线与振 型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比，在对应于结构主 要振型的周期点上相差不大于20%。 计算结果在结构主方向的平均底部剪力一般不应小于振型分解反 应谱法计算结果的80%，每条地震波输入的计算结果不应小于 65%。但计算结果也不能太大，每条地震波输入计算不大于135% ，平均不大于120%。对用户选择的不满足要求的地震波给出超限 提示对用户选择地震波平均反应谱与规范谱在各 周期点的对比图可从库中自动筛选最优地震波组合可从库中自
3、动筛选最优地震波组合根据弹性时程分析结果可分层地震作用 放大 弹性时程分析的作用是找出和反应谱法的各层差距， 给出X、Y两个方向的各层不同的放大系数。将各层放 大系数导入反应谱计算进行设计。 但是传统软件对于地震作用的放大仅仅设置了一个全 楼统一的地震作用放大系数，这个放大系数只能从弹 性时程分析的X、Y两个方向的各层放大系数中选择最 大的数值来输入 这种处理比规范要求明显偏大。YJK给出地震放大系数参考值 抗规5.1.2：计算结果的选取：当取三组加速度 时程曲线输入时，计算结果宜取时程法的包络值和 振型分解反应谱法的较大值；当取七组及七组以上 的时程曲线时，计算结果可取时程法的平均值和振 型
4、分解反应谱法的较大值。 由于有了足够的波，大家更愿选7条波，计算结果取 时程法的平均值。给出各层分别的地震放大系数（0度）软件自动对比两种算法的层剪力、层间位移角比 值，给出各层的和全楼的地震放大系数给出各层分别的地震放大系数（90度）以前软件仅能全楼统一放大这种处理方式不准确，并且结果偏大全楼放大系数取X向各层、Y向各 层中的最大值YJK可对不同楼层输入不同放大系数，以前只能全楼统一放大1.09对比：比全楼统一放大系数计算结果小很多二、减震、隔震支座设置21连接单元 除了以前的铰接、刚接外，提供更加多样的连接方式； 用户可以手工指定两点之间的弹性连接，可以定义节点6 个自由度上的弹性刚度，可
5、以支持各种复杂的弹性刚度形 式，用来模拟滑动连接，滑动支座，减震隔震装置等。 大跨空间结构和底部主体结构的滑动连接支座 上连体结构和两侧主体结构的滑动弹性连接 隔振支座、减震装置22概念-局部坐标系 1、局部坐标系：指定节点局部坐标系的X 轴，Y轴的方向；该节点自由度的释放/约 束、相应方向上施加的弹簧，或者支座节 点的强制位移，均按局部坐标系处理； 2、未指定的按整体坐标系。23连接属性在两点约束、单点约束和设置支 座、斜撑设置连接属性菜单都设 置了6种选项：线型、屈曲约束 支撑、阻尼器、塑性单元、隔震 支座、间隙， 选择线性时即为弹性约束。24两点约束特殊构件定义中设置节点约束在节点上设弹
6、簧刚度，实际是在节点上连接的两 根杆件之间或者两批杆件之间设置弹簧刚度两点约束 1、两点约束：指定同标准层平面内两点间的约束关系， 由于必须是两个节点，因此对于工程中有节点上设置了滑 动支座等情况，需要对于支座连接的两部分构件进行人为 的拆分，建立距离相近的节点并分别布置构件，然后再指 定该两点间的约束关系。26单点约束 单点约束：用于设置支座节点、上下楼层之间连接节点或 者任意两个杆件之间的弹性连接。楼层之间的连接节点一 般是柱下、斜撑下与下一楼层连接的节点。 设置到中间楼层：本层柱下、斜撑下与下一楼层连接关系 。27单点约束是YJK的特色菜单28 针对柱下、支撑下的约束设置； 软件自动在柱
7、底和下层节点之间设置约束； 在柱下、支撑下设置单点约束更方便； 不用再人为设置分离的两节点在柱下、支撑下设置单点约束更方便291、穹顶与普通层柱径向滑动 2、局部坐标系、单点约束的操作自定义节点约束和支座信息未作节点约束设置的计算将连体支座处X平动刚度设置为0自定义节点约束和支座信息33某弱连接的上连体结构3435上连体刚性连接上连体一端滑动连接上连体两端滑动连接Y向地震变形动画36上连体刚性连接上连体一端X、Y向都滑动连接X向地震变形动画3738网架和支座的连接：两侧为弹性约束，中部为铰支39适应超长大跨结构温度荷载等的计算40适应超长大跨结构温度荷载等的计算41网架和支座在水平荷载下的相对
8、位移水平弹弹性约约束 下有相对对位移铰铰接支座无相 对对水平位移42概念斜撑连接属性 1、建模时在需要设置连接属性（消能器、隔震支座、弹 性连接等）的位置布置斜撑，该斜撑的布置是临时性的， 它在计算前处理被消能器取代。 好处是：这样布置更灵活、直观，约束作用方向也好确定 。 建议此种方式。43概念44采用这种方式建模时，局部 坐标系采用斜撑的局部坐标 系表达，具体为：U1为斜撑 起点至终点方向(按建模顺 序1点到2点)；在杆件竖直 布置时，U2为整体坐标系Y 轴方向，其他情况U2为U1 与整体坐标系Z轴平面内， 并与U1垂直。U3根据右手 螺旋法则确定。4546三、实用的减震隔震计算方法和应用
9、47隔震结构设计 涉及到的规范： 建筑抗震设计规范GB 50011-2010 叠层橡胶支座隔震技术规程CECS 126： 2001 建筑结构隔震构造详图03SG610-148隔震结构设计 抗震结构：地震时建筑物受到的地震作用由底向上 逐渐放大，从而引起结构构件的破坏 抗震设计思想是抵御地震作用立足于“抗”，即依 靠建筑物本身的结构构件的强度和塑性变形能力， 来抵抗地震作用和吸收地震能量。49隔震结构设计 抗震结构：为了保证建筑物的安全，必然加大结构 构件的设计强度，耗材多，而地震力是一种惯性力 ，建筑物的构件断面大，所用材料多，质量大，其 受到的地震作用也相应增大，想要在经济和安全之 间找到一
10、个平衡点往往比较困难。 特点：在强震作用下，会产生很大的变形，造成各 种破坏，甚至倒塌。所以这种依靠结构构件发生弹 塑性变形来消耗地震能量保证结构大震安全的延性 结构体系，已不能满足实际需要。50隔震结构设计 隔震结构：利用隔震元件，以集中发生在隔震 层的较大相对位移，阻隔地震能量向上部结构 传递。 基本思想：是在建筑中设置柔性隔震层，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 ，从而降低上部结构的地震作用，提高其安全 性。51隔震结构设计 隔震结构：隔震技术的设防策略立足于“隔” ，采用“拒敌于门外”，以柔克刚。52隔震结构设计53隔震使用意图
11、1. 减少地震工况作用力（增大周期、提高阻尼）； 2. 降低抗震设防要求（抗规12.2.5条）；3. 增加结构安全储备。目前工程界最常用的叠层橡胶支座隔震系统一般是在基础和 上部结构之间来设置隔震支座和耗能元件。隔震建筑设计的一般方法 分部设计方法： 将整个隔震结构分为上部结构、隔震层、下部 结构及基础等部分，分别进行设计。55隔震建筑设计的一般方法 上部结构：沿用抗震结构的设计方法，水平地 震作用采用隔震以后的地震作用标准值。叠层 橡胶隔震支座不能隔离竖向地震作用，竖向地 震作用不能降低。 隔震层：首先要满足承载力的要求。还应验算 隔震层在罕遇地震作用下的强度和稳定性。56隔震建筑设计的一般
12、方法 下部结构：地震作用计算、抗震验算和抗震措 施，应采用罕遇地震下隔震支座底部的竖向力 、水平力和力矩进行抗震验算。 基础：地基基础的抗震验算不考虑隔震产生的 减震效应，按本地区设防烈度进行设计。57隔震结构设计 抗规12.2.2关于隔震结构计算:“一般情况下，宜采 用时程分析方法进行计算”。属于非线性时程分析。 提供高效分析计算方法FNA方法（Fast Nonlinear Analysis Method快速非线性分析方法)，该法在Etabs同样 提供，用于少量非线性构件的结构。振型叠加法。 解决减震隔震计算中所有的非线性属性计算问 题也提供直接积分方法计算减隔震结构。 还可采用振型分解法的
13、上部结构计算，计算结果是考虑 了隔震垫阻尼效应的、延长的周期结果的各层地震作用58隔震层以下的结构设计抗规12.2.9 ： 1、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，应满足嵌固的刚度 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12.2.9要求。59隔震层以上的结构设计 隔震设计方法一-抗规算法 按照抗规公式12.2.5，人工对比隔震与非隔震结构的
14、各层地震剪力及倾覆力矩等结果，计算出地震力的水平向 减震系数 求出隔震后的水平地震影响系数最大值maxl=max/ 隔震结构：布置上隔震支座的结构模型； 非隔震结构：未布置隔震支座的结构模型。60抗规算法：求出地震力的水平向减震系 数 流程： 1、非隔震结构计算（反应谱法或者弹性时程FNA） 2、隔震结构计算（反应谱法或者弹性时程FNA） 3、计算水平向减震系数并求出maxl 4、在非隔震结构中输入maxl并进行反应谱法计算，得 到上部结构的配筋结果。61624、按照当地设防烈度或降低半度或一度， 对非隔震模型，将隔震后的水平地震影响 系数最大值maxl填入地震计算参数的“地 震影响系数最大值
15、”项，完成最终结构设计 计算63 有些专家认为，按照上面方法一即规范的计算方法底部水 平地震作用偏大，认为直接对隔震结构按反应谱法计算结 果更加合理，即计算方法二。 但实际工程中多为规范算法。64隔震设计方法二 振型反应谱法计算隔震结构 具体操作流程：对隔震结构 1、反应谱法计算； 2、FNA时程分析计算； 3、反应谱法导入FNA时程分析方法的 各层放大系数。完成最种的上部结构 设计。 推荐方法6566隔震工程实例： 云南某较高隔震建筑671、在计算前处理中设置隔震支座：用设置“单点约束” 类似的方式，在隔震层的柱下设置隔震单元的参数。进 行反应谱法计算。隔震支座参数 U1方向对应整体坐标系
16、的Z轴方向，U2对应整体 坐标系Y轴方向，U3对应 整体坐标系-X方向。 682、时程分析计算 抗规12.2.2关于隔震结构计算:“一般情况下，宜采用 时程分析方法进行计算”。 提供高效分析计算方法FNA方法（Fast Nonlinear Analysis Method快速非线性分析方法)，该法在Etabs同样 提供，用于少量非线性构件的结构。6970算了7条波，所 以选这项suanle171考虑隔震， 周期2.55， 基底剪力4116不考虑隔震， 周期1.89， 基底剪力61177273建模 隔震 目前支持橡胶隔震支座。一般只需输入前三个方向参数。U1U3U2屈服后刚度比非线性刚度：屈服前刚度；屈服后刚度比：屈服后的刚度与屈服前刚度的比值
