《隔震和消能减震》由会员分享，可在线阅读，更多相关《隔震和消能减震（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、12 隔震和消能减震设计12.1 一般规定12.1.1 本章适用于设置隔震层以隔离水平地震动的房屋隔震设计, 以及设置消能部件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基础、底部或下部结构与上部结构之间设置由橡胶隔震支座和阻尼装置等部件组成具有整体复位功能的隔震层，以延长整个结构体系的自振周期，减少输入上部结构的水平地震作用，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器，通过消能器的相对变形和相对速度提供附加阻尼,以消耗输入上部结构的地震能量，
2、达到预期防震减震要求。【说明】 2001版隔震层位置仅限于基础与上部结构之间，本次修订，隔震设计的适用范围有所扩大，考虑国内外已有隔震建筑的隔震层不仅是设置在基础上，而且设置在一层柱顶等下部结构或多塔楼的底盘上。12.1.2 建筑结构隔震设计和消能减震设计确定设计方案时，除应符合本规范第3.5.1条的规定外，尚应与采用抗震设计的方案进行对比分析。【说明】 本条2001版的条文为强制性条文，考虑到随着技术的发展，隔震和消能减震设计的方案分析不需要特别的论证，本次修订不作为强制性条文，只保留其与3.5.1条关于抗震设计的规定不同的特点与抗震设计方案进行对比，这是确定隔震设计的水平向减震系数和减震设
3、计的阻尼比所需要的，也能显示出隔震和减震设计比抗震设计在提高结构抗震能力上的优势。12.1.3 建筑结构采用隔震设计时应符合下列各项要求：1 结构高宽比宜小于4且变形特征接近剪切变形，其最大高度应满足本规范非隔震结构要求；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。2 建筑场地宜为、III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荷载标准值产生的总水平力不宜超过结构总重力的10%。4 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以适应隔震层的罕遇地震水平位移。【说明】 本次修订，对隔震设
4、计的结构类型拟不作限制，修改2001版规定的基本周期小于1s和采用底部剪力法进行非隔震设计的结构。在隔震设计的方案比较和可行性论证时仍应注意：1 隔震技术对低层和多层建筑比较合适，但不应仅限于基本自振周期在1s内的结构，因为超过1s的结构采用隔震有可能同样有效，国外大量隔震建筑也验证了此点，故取消了2001版结构周期小于1s的限制。2 根据橡胶隔震支座抗拉屈服强度低的特点，需限制非地震作用的水平荷载，结构的变形特点需符合剪切变形为主且房屋高宽比小于4的要求。对高宽比大的结构，需进行整体倾覆验算，防止支座压屈或出现拉应力超过1MPa。3 国外对隔震工程的许多考察发现：硬土场地较适合于隔震房屋；软
5、弱场地滤掉了地震波的中高频分量，延长结构的周期将增大而不是减小其地震反应，墨西哥地震就是一个典型的例子。2001版的要求仍然保留，当在类场地建造隔震房屋时，应进行专门研究和专项审查。4 隔震层防火措施和穿越隔震层的配管、配线，有与隔震要求相关的专门要求。2008年汶川地震中，位于78度区的隔震建筑，上部结构完好，但隔震层的管线受损，故需要特别注意改进。12.1.4 消能减震设计可用于钢、钢筋混凝土、钢-混凝土混合等结构类型的房屋。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。【说明】 本条仅在文字表达上有所改进。12.1.5 隔震和消能减震设计时，隔震
6、装置和消能部件应符合下列要求： 1 隔震装置和消能部件的性能参数应经试验确定。推荐精选2 隔震装置在结构的设计使用年限内应达到免维护要求。3 消能部件的设置部位，应采取便于检查和替换的措施。4 设计文件上应注明对隔震装置和消能部件的性能要求，安装前应按规定进行检测，确保性能符合要求。【说明】 本条继续作为强制性条文。与2001版相比，主要变化是：1. 将隔震支座和阻尼器等组合在一起，统称隔震装置。2. 隔震装置的免维修年限，明确为“结构的设计使用年限”，即50年。3. 为了确保隔震和消能减震的效果，隔震装置和消能部件的性能参数应严格检验。其中隔震装置中的隔震支座采用相应产品的国家标准和行业标准
7、进行检验；而尚未有国家标准和行业标准的隔震装置和消能部件中的消能器，应采用本章12.3节规定的方法进行检验。对黏滞流体消能器等可重复利用的消能器，抽检数量适当增多，抽检的消能器可用于主体结构；对金属屈服位移相关型消能器等不可重复利用的消能器，在同一类型中抽检数量不少于2个，抽检合格率为100，抽检后不能用于主体结构。型式检验和出厂检验应由第三方完成。12.1.6 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；也可按抗震性能目标的要求进行性能化设计。【说明】 本条与2001版的规定相比，明确提醒可采用隔震、减震技术进行结构的抗震性能化设计。12.2 房屋隔震设计要点12.2.1
8、隔震设计应根据预期的竖向承载力、水平向减震系数和位移控制要求，选择适当的隔震装置及抗风装置组成结构的隔震层。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荷载代表值的20%和40%。【说明】 本条继续作为强制性条文。文字略加修改，删去关于抵抗地基微振动的刚度要求，因微振动对隔震装置的影响可忽略不计。12.2.2 建筑结构隔震设计的计算分析，应符合下列规定：khmnmn-1mj+3mj+1m1mjmj+2图12.2.2 隔震结构计算简图1 隔震体系的计算简图，应增加
9、由隔震支座及其顶部梁板组成的质点；对变形特征为剪切型的结构可采用剪切模型(图12.2.2)；当隔震层以上结构的质心与隔震层刚度中心不重合时，应计入扭转效应的影响。隔震层顶部的梁板结构，应作为其上部结构的一部分进行计算和设计。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，计算结果可取其平均值；当处于发震断层10km以内时，输入地震波应考虑近场影响系数，5km以内取1.5，5km以外取1.25。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。【说明】 图12.2.2是对应于底部剪力法的等效剪切型结构的示意图；其他情况，质点j
10、可有多个自由度，隔震装置也有相应的多个自由度。本次修订，当隔震结构位于发震断裂主断裂带10km以内时，要求各个设防类别的房屋均应计及地震近场效应。12.2.3 隔震层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倍二者的较大值。推荐精选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20；徐变量不超过各橡胶层总厚度的5%。 3 各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12.2.3的规定。表12.2.3 橡胶隔震支座压应力限值建筑类别甲类建筑乙类建筑丙类建筑压应力限
11、值(MPa)101215注：1平均压应力设计值应按恒荷载和活荷载的组合计算；其中，楼面活荷载应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB 50009的规定乘以折减系数；2结构倾覆验算时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;3当橡胶支座的第二形状系数(有效直径与橡胶层总厚度之比)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%；4外径小于300mm的橡胶支座，丙类建筑的平均压应力限值为10MPa。【说明】 本次修订，考虑到随着橡胶隔震支座的制作工艺越来越成熟，隔震支座的直径越来越大，建议对隔震支座选型时尽量选用大
12、直径的支座，对300mm直径的支座，由于其直径小，稳定性差，故将其设计承载力由12MPa降低到10MPa。12.2.4 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的底部或下部，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，不宜出现不可恢复的变形；其橡胶支座在罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下，拉应力不应大于1MPa。 2 隔震层的水平等效刚度和等效黏滞阻尼比可按下列公式计算： KhK j (12.2.4-1)eqKjjKh (12.2.4-2)式中:eq
13、隔震层等效黏滞阻尼比； Kh隔震层水平等效刚度； jj隔震支座由试验确定的等效黏滞阻尼比，设置很多的消能器时，应包括该消能器的相应阻尼比； Kjj隔震支座(含消能器)由试验确定的水平等效刚度。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的压应力限值；对设防烈度地震的验算，应取剪切变形100%的等效刚度和等效黏滞阻尼比；对罕遇地震验算，宜采用剪切变形250%时的等效刚度和等效黏滞阻尼比，当隔震支座直径较大时可采用剪切变形100%时的等效刚度和等效黏滞阻尼比。【说明】 橡胶支座随着水平剪切变形的增大，其容许竖向承载能力将逐渐减小，为防止隔震支座在大变形的情况下失去承载能力，故要求
14、支座的剪切变形应满足cr(1-/S2)，式中，为水平剪切变形，S2为支座第二形状系数，为支座竖向面压，cr为支座极限抗压强度。同时支座的竖向压应力不大于30MPa，水平变形不大于0.55D和300%的较大值。规定隔震支座拉应力t1MPa理由是：1）广州大学工程抗震研究中心所作的橡胶垫的抗拉试验中，其极限抗拉强度为2.02.5MPa；2）美国UBC规范采用的容许抗拉强度为1.5MPa。本次修订，将2001版隐含加载频率影响的 “动刚度”改为“等效刚度”，用语更明确，方便同国际标准橡胶支座接轨；之所以去掉有关频率对刚度影响的语句，因相关的产品标准已有明确的规定。2001版对支座设计参数的要求，对应
15、于本规范非隔震结构“两阶段设计”的要求，采用对应于多遇地震和罕遇地震的参数，本次修订，改为采用设防烈度和罕遇地震的参数。推荐精选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 对多层结构，水平地震作用沿高度可采用矩形分布；其水平向减震系数为按设防烈度下弹性计算时隔震与非隔震两种情况各层层间剪力的最大比值。对高层建筑结构，尚应按设防烈度下计算隔震与非隔震两种情况各层倾覆力矩的最大比值，并与层间剪力的最大比值相比较，取二者的较大值。注：水平向减震系数，宜按隔震支座水平剪切应变为100%时求得。2 水平地震影响系数可依据水平向减震系数比按本地区设防烈度由第5.1.4条确定的取值减少。其折减系数，当隔震支座只采用普通叠层橡胶支座、阻尼装置只采用速度型消能器、不没置抗风装置时，宜取水平向减震系数的1.25倍；其余情况，宜取水平
