隔震周福霖

1、第12章 隔震和消能減震設(shè)計(jì),廣州大學(xué) 工程抗震研究中心,隔震 報(bào)告人：周福霖 譚平,2010年10月27日,1,隔震概述 適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設(shè)計(jì)的原則及要求隔震設(shè)計(jì)的一般步驟橡膠隔震支座的選型與檢測(cè) 隔震結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算分析 隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)方法,目 錄,2,3,隔震結(jié)構(gòu) 延長(zhǎng)自振周期 地震中以柔克剛,結(jié)構(gòu)反應(yīng) 230%→40%,,,,4,隔震結(jié)構(gòu) 能量平衡 地震中表現(xiàn),,,隔震

2、支座,,,固定基礎(chǔ),,結(jié)構(gòu)非線性, 變形分散,結(jié)構(gòu)彈性 結(jié)構(gòu)無(wú)變形,橡膠支座非線性 結(jié)構(gòu)變形集中,隔震技術(shù)在各國(guó)的應(yīng)用,,5,隔震概述 適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設(shè)計(jì)的原則及要求隔震設(shè)計(jì)的一般步驟橡膠隔震支座的選型與檢測(cè) 隔震結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算分析 隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)方法,目 錄,6,適用范圍,原3.8.1“隔震和消能…主要應(yīng)用于使用功能有特殊要求的建筑及抗震設(shè)防烈度為8、9度的建筑”,新3.

3、8.1“…可用于對(duì)抗震安全性和使用功能有較高要求或?qū)ｉT(mén)要求的建筑”,,理由: 原文引起歧義 ◆地震烈度不確定性 ◆僅適用特殊要求 和 高烈度 ◆欠考慮性能設(shè)計(jì)（12.1.6）,,7,適用范圍,新的改動(dòng)：取消對(duì)隔震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)類型限制廢除“結(jié)構(gòu)基本周期小于1.0s”, 改為 “結(jié)構(gòu)高寬比宜小于4 ”理由1.高寬比較周期更能反映結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)2.國(guó)內(nèi)外大量隔震建筑周期大于1s。3.國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn),8,適用范圍,按使用功能，隔

4、震結(jié)構(gòu)可用于： ◆安全性要求較高的建筑: 重要建筑,學(xué)校,銀行,保險(xiǎn), 首腦機(jī)關(guān),高檔住宅,安居工程 ◆使用功能不能中斷的建筑:醫(yī)院,通訊,警察,消防,電力, 應(yīng)急指揮中心,以及放置貴重設(shè)備、物品的房屋 ◆有珍貴物品的建筑或珍貴建筑:博物館, 檔案館,文物館, 歷史建筑, 紀(jì)念性建筑 ◆已有建筑物的隔震加固。,按場(chǎng)地類別，隔震結(jié)構(gòu)可用于： ◆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類場(chǎng)地 ◆ 當(dāng)在Ⅳ類場(chǎng)地建造隔震房屋時(shí)，

5、應(yīng)進(jìn)行專門(mén)研究和專門(mén)研究和審查,9,隔震概述 適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設(shè)計(jì)的原則及要求隔震設(shè)計(jì)的一般步驟橡膠隔震支座的選型與檢測(cè) 隔震結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算分析 隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)方法,目 錄,10,隔震層位置,（1）基底隔震 （有地下室） （2）首層隔震 （無(wú)地下室） （3）層間隔震 （豎向不規(guī)則）,,,,2001版規(guī)范新規(guī)范,新規(guī)范,新規(guī)范（隔震

6、層設(shè)置在下部，對(duì)中上部需專門(mén)研究）,,,,,12,結(jié)構(gòu)隔震層的位置,,下沉型,抬高型,,6 種隔震方案3向地震輸入近100個(gè)試驗(yàn)工況,層間隔震技術(shù) 試驗(yàn)研究 (廣州大學(xué) 抗震中心),13,層間隔震：地震反應(yīng)降至1/2～1/6, 抗震安全性提高2～6倍,試驗(yàn)研究:震動(dòng)臺(tái),,,,14,基礎(chǔ)隔震,我國(guó)第一棟橡膠隔震房屋(8層住宅）汕頭 聯(lián)合國(guó)項(xiàng)目 1989-1993,15,基礎(chǔ)隔震太原市 圖書(shū)擋案館 隔震樓(6層) 1998,隔

7、震支座,,基底隔震,16,基礎(chǔ)隔震新疆 烏魯木齊 石化廠區(qū) 隔震住宅樓群（38棟，13萬(wàn)m2）2000年, 當(dāng)年世界面積最大隔震住宅群,(基礎(chǔ)隔震),17,11 stories （ 3 stories underground）reinforced concrete frames and shear wallsBase-isolated building,,A Central Government (7 Minist

8、ries) Office Building,基礎(chǔ)隔震北京中央 7 個(gè)部委聯(lián)合辦公大樓 2004（隔震大樓）,昆明新機(jī)場(chǎng) 隔震航站樓 (北京市設(shè)計(jì)院) Kunmin Isolation New Airport (2007-2010),18,Floor Area: 500,000 M2 (Design by Beijing Architectural Design Institute),基礎(chǔ)隔震: 昆明新機(jī)場(chǎng) 隔震航站樓

9、Base IsolationKunmin Isolation New Airport (2007-2012),19,Base IsolationRubber Bearings ： 隔震支座 1892 RB （∮1000）油阻尼器 Oil Dampers： 108 OD （D= ±600mm, F=150T ）,20,層間隔震:首層頂 隔震,首層隔震 廣東澄海 政府干部住宅樓（7層

10、）Houses buildings in southern China,首層隔震,,,21,層間隔震:首層頂 隔震首層隔震 廣州市地震監(jiān)測(cè)指揮中心 2000年,首層隔震,,,22,層間隔震:首層頂 隔震汕頭博物館 1996年Museum in Shantou City, southern China,首層隔震,,,高層建筑 首層頂 隔震,23,隔震層,,,層間隔震技術(shù) 大底盤(pán) 多塔樓,地鐵 地面交通樞紐中心 平臺(tái)住宅區(qū)——

11、北京通惠家園,24,整個(gè)二層平臺(tái) 長(zhǎng)1300m 寬250m 難以采用基礎(chǔ)隔震平臺(tái)上建 17 棟 9層層間隔震住宅樓 面積 22.27萬(wàn)平方米,二層平臺(tái),,隔 震 層,大平臺(tái)： 水平地震作用降為 62％ 抗震安全性得到改善,平臺(tái)住宅區(qū),工程應(yīng)用,房屋(平臺(tái)上) ：水平地震作用降為 23％ 提高安全性 4 倍,25,高層建筑 中間層 隔震（16層舊房屋加固）,,,26,高層建筑 中間層 隔震 效果,房屋承載力 包絡(luò)線隔震前隔震

12、后,隔震概述 適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設(shè)計(jì)的原則及要求隔震設(shè)計(jì)的一般步驟橡膠隔震支座的選型與檢測(cè) 隔震結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算分析 隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)方法,目 錄,27,28,隔震支座 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（2006）,Isolation Rubber Bearing 橡膠隔震支座 ISO 22762-1 Testing method ISO 22762-2 Isolators for bri

13、dges ISO 22762-3 Isolators for buildings編制：日本，美國(guó)，中國(guó) 主編 （2001-2005),29,隔震支座 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（2007）,《建筑隔震橡膠支座》 2000，建設(shè)部產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) JG 118-2000 《建筑與橋梁 橡膠隔震支座》 2007 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 20688-2007 第一部分 隔震橡膠支座 試驗(yàn)方法 第一部

14、分 橋梁 隔震橡膠支座 第一部分 建筑 隔震橡膠支座,隔震支座分類,彈性滑板支座,橡膠支座,,單獨(dú)使用或復(fù)合隔震,應(yīng)用最廣、最成熟,,30,橡膠支座分類,按材料分類,橡膠隔震支座(RB)：豎向支持能力，水平恢復(fù)能力鉛芯橡膠隔震支座(LRB)：具有豎向支持能力，水平恢復(fù)能力及阻尼，可單獨(dú)使用。高阻尼橡膠隔震支座(HRB)：具有豎向支持能力，水平恢復(fù)能力及阻尼，但阻尼力略不足，和其它阻尼器配合使用。,31,橡膠支座的分類,I

15、I型,按構(gòu)造分類,III型,I型,I型,32,橡膠支座的分類,按極限性能分類,,,,,33,橡膠支座的分類,按剪切性能的允許偏差分類,34,35,中國(guó)已能提供“質(zhì)量高，價(jià)格適當(dāng)”的產(chǎn)品系列,直徑: ?400 - ?1300 型號(hào):有鉛（大阻尼） 無(wú)鉛（小阻尼） 性能:中柔性（中等剛度） 高柔性（低剛度） 滿足需要，出口日本，俄羅斯等,隔震概述 適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設(shè)計(jì)

16、的原則及要求隔震設(shè)計(jì)的一般步驟橡膠隔震支座的選型與檢測(cè) 隔震結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算分析 隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)方法,目 錄,36,隔震設(shè)計(jì)的原則及要求,1）設(shè)防目標(biāo)一般應(yīng)高于非隔震建筑： 通過(guò)合理設(shè)計(jì)，設(shè)防目標(biāo)可達(dá)到“小震不壞、中震不壞或 輕微破壞，大震不喪失使用功能或可修”，甚至超過(guò)此目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)基于性態(tài)的設(shè)計(jì)思想。2）體型不規(guī)則時(shí),應(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)(扭轉(zhuǎn)發(fā)生在隔震層)： 應(yīng)控制隔震器的布置，盡量使隔震后的剛心與結(jié)構(gòu)的質(zhì)心

17、重合，偏心率控制在3％以下，確保隔震層的變形能力。3）適用于高寬比小于4的建筑： 對(duì)高層或高寬比較大的建筑采用隔震技術(shù)時(shí)，應(yīng)考慮地震荷載作用來(lái)驗(yàn)算隔震支座的拉應(yīng)力，控制拉應(yīng)力在1Mpa以內(nèi)，同時(shí)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止上部結(jié)構(gòu)與隔震層之間的提離。,37,隔震設(shè)計(jì)的原則及要求,4）場(chǎng)地類別一般為I, II, Ⅲ。5）應(yīng)對(duì)非地震的水平荷載（如風(fēng)荷載）加以限制： 非地震作用的水平荷載不超過(guò)結(jié)構(gòu)總重力的10

18、％，保證隔震建筑的舒適性。6）穿過(guò)隔震層的設(shè)備配管和電器、通信系統(tǒng)的配線，應(yīng)采用柔性連接等適應(yīng)隔震層罕遇地震水平位移的措施。 7) 采用鋼筋或鋼架接地的避雷設(shè)備，應(yīng)設(shè)置跨越隔震層的接地配線。,38,隔震概述 適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設(shè)計(jì)的原則及要求隔震設(shè)計(jì)的一般步驟橡膠隔震支座的選型與檢測(cè) 隔震結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算分析 隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)方法,目 錄,39,隔震設(shè)計(jì)的一般步驟,40,隔震概述

19、適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設(shè)計(jì)的原則及要求隔震設(shè)計(jì)的一般步驟橡膠隔震支座的選型與檢測(cè) 隔震結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算分析 隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)方法,目 錄,41,橡膠隔震支座的選型,,,橡膠隔震支座平均壓應(yīng)力限值,形狀系數(shù),當(dāng)?shù)诙螤钕禂?shù)S2小于5.0時(shí)應(yīng)降低平均壓應(yīng)力限值：小于5不小于4時(shí)降低20%，小于4不小于3 時(shí)降低40%。,42,橡膠隔震支座的選型,,隔震支座在表12.2.3所列壓力下的極限水平變位；應(yīng)大

20、于有效直徑的0.55倍和支座橡膠總厚度3倍二者的較大值橡膠支座在罕遇地震的水平和豎向地震同時(shí)作用下，拉應(yīng)力不應(yīng)大于1MPa經(jīng)歷相應(yīng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的耐久試驗(yàn)后，剛度、阻尼特性變化不超過(guò)初期值的±20%；徐變量不超過(guò)支座橡膠總厚度的5%倍且小于10.0mm,43,44,廢除: （12.2.8） “隔震墻下隔震支座的間距不宜大于2.0m”理由: 1. 不利于大直徑隔震支座的應(yīng)用，與提高穩(wěn)定 性要求不

21、符 2. 原條文會(huì)導(dǎo)致隔震后結(jié)構(gòu)剛度過(guò)大，影響隔 震效果 3. 國(guó)內(nèi)外隔震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),橡膠隔震支座的選型,橡膠隔震支座的檢測(cè),,型式檢驗(yàn)和出廠檢驗(yàn)應(yīng)由第三方完成采用隨機(jī)抽樣方式確定檢測(cè)試件。若有一件抽樣的一項(xiàng)性能不合格，則該次抽樣檢驗(yàn)不合格對(duì)一般建筑，每種規(guī)格的產(chǎn)品抽樣數(shù)量應(yīng)不少于總數(shù)的20%；若有不合格，應(yīng)重新抽取總數(shù)的50%，若仍有不合格，則應(yīng)100%檢測(cè)一般情況下，每項(xiàng)工程抽樣總數(shù)不少于20件，每種

22、規(guī)格的產(chǎn)品抽樣數(shù)量不少于4件,45,根據(jù)國(guó)標(biāo)《建筑隔震橡膠支座》GB20688.3-2006，應(yīng)對(duì)工程中所用的各種類型和規(guī)格的原型部件進(jìn)行抽樣檢驗(yàn),隔震概述 適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設(shè)計(jì)的原則及要求隔震設(shè)計(jì)的一般步驟橡膠隔震支座的選型 隔震結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算分析 隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)方法,目 錄,46,隔震結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算分析,計(jì)算模型 輸入地震波的選擇 計(jì)算結(jié)果處理 計(jì)算分析的主要內(nèi)容,,47,對(duì)變形

23、特征為剪切型的結(jié)構(gòu)可采用剪切模型；當(dāng)隔震層以上結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與隔震層剛度中心不重合時(shí)，應(yīng)計(jì)入扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響；隔震層頂部的梁板結(jié)構(gòu)，應(yīng)作為其上部結(jié)構(gòu)的一部分進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì),,48,,,,,線彈性剛度陣,滯變剛度陣,Z（t)為表征結(jié)構(gòu)非線性的滯變層間位移列向量,隔震體系運(yùn)動(dòng)方程,49,雙線性恢復(fù)力模型,隔震支座力學(xué)模型,,(a) 天然橡膠支座 (b) 鉛芯阻尼器 (c)隔震層,50,Bouc-Wen模型,隔震支座力學(xué)

24、模型,,,(a)模型分解示意圖 (b)力與位移骨架曲線,,,,51,隔震結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算分析,計(jì)算模型 輸入地震波的選擇 計(jì)算結(jié)果處理 計(jì)算分析的主要內(nèi)容,,52,應(yīng)按建筑場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用實(shí)際強(qiáng)震記錄和人工模擬的加速度時(shí)程曲線；實(shí)際強(qiáng)震記錄的數(shù)量不應(yīng)少于總數(shù)的2/3，多組時(shí)程波的平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所用的地震影響系數(shù)曲線相比，在對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)主要振型的周期點(diǎn)上相差不大于20%。當(dāng)處于發(fā)震斷層10km以內(nèi)時(shí)

25、，輸入地震波還應(yīng)考慮近場(chǎng)影響系數(shù)：5km 以內(nèi)宜取1.5，5km 以外可取不小于1.25。,53,隔震結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算分析,計(jì)算模型 輸入地震波的選擇 計(jì)算結(jié)果處理 計(jì)算分析的主要內(nèi)容,,54,宜取多條地震波的包絡(luò)值。具體可為： 當(dāng)取三組時(shí)程曲線時(shí)，計(jì)算結(jié)果宜取時(shí)程法的包絡(luò)值； 當(dāng)取七組及七組以上的時(shí)程曲線時(shí)，計(jì)算結(jié)果可取時(shí)程法的平均值。,55,隔震結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算分析,計(jì)算模型 輸入地震波的選擇 計(jì)算結(jié)果處理 計(jì)算

26、分析的主要內(nèi)容,,56,計(jì)算分析的主要內(nèi)容——水平向減震系數(shù),水平向減震系數(shù)：多層建筑：按彈性計(jì)算所得的隔震與非隔震各層層間剪力的最大比值。高層建筑：隔震與非隔震各層傾覆力矩的最大比值與層間剪力的最大比值，取二者的較大值；,要點(diǎn)：按設(shè)計(jì)基本地震加速度（中震）輸入進(jìn)行計(jì)算采用水平剪切應(yīng)變?yōu)?100%時(shí)的性能參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,57,位移驗(yàn)算： 大震下隔震層水平位移應(yīng)小于 0.55D 及 3Tr拉應(yīng)力校核： 大震下隔震支座不宜出

27、現(xiàn)拉應(yīng)力，拉應(yīng)力不應(yīng)大于1MPa,計(jì)算分析的主要內(nèi)容——大震驗(yàn)算,58,59,橡膠支座受拉試驗(yàn) (廣州大學(xué) 工程抗震研究中心),Tensile breaking σu ≧ 5 Mpa Tensile yielding σy ≧ 2.5 MPa,隔震概述 適用范圍隔震層的位置 橡膠支座的分類 隔震設(shè)計(jì)的原則及要求隔震設(shè)計(jì)的一般步驟橡膠隔震支座的選型 隔震結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算分析 隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)方法,目

28、 錄,60,隔震層上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)－水平地震作用,,,水平向減震系數(shù),,隔震后的水平地震影響系數(shù)最大值,非隔震的水平地震影響系數(shù)最大值,調(diào)整系數(shù)：一般橡膠支座，取0.80；支座剪切性能偏差為S-A類，取0.85；隔震裝置帶有阻尼器時(shí)，相應(yīng)減少0.05。,,,隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)方法,61,隔震層上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)－水平地震作用,,隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)方法,62,新的改動(dòng)：隔震結(jié)構(gòu)的水平地震作用沿高度矩形分布改為按重力荷載代表值分布理由： 更能反映隔

29、震結(jié)構(gòu)的所受地震作用的實(shí)際情況,隔震層上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)－水平地震作用,,隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)方法,63,隔震層上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)－豎向地震作用,,9度時(shí)和8度且水平向減震系數(shù)不大于0.3時(shí)， 隔震層上部結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行豎向地震作用的計(jì)算。豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值: 8度（0.2g)、 8度（0.3g) 和9度時(shí)分別不應(yīng)小于隔震層以上結(jié)構(gòu)總重力荷載代表值的20%、30％和40%。,隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)方法,64,隔震層上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)－抗震措施,,隔震后上部結(jié)

30、構(gòu)的抗震措施可適當(dāng)降低，降低不得超過(guò)1度,隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)方法,65,隔震層布置 隔震支座豎向承載力驗(yàn)算 平均壓應(yīng)力控制：10MPa、12MPa、15Mpa最大壓應(yīng)力控制：30Mpa最大拉應(yīng)力控制：1Mpa隔震層剛度和阻尼等力學(xué)性能計(jì)算隔震支座水平剪力和位移計(jì)算 隔震層與上、下部結(jié)構(gòu)的連接：傳遞罕遇地震下支座的最大水平剪力和彎矩,隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)方法,隔震層設(shè)計(jì),,66,隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)方法,隔震層下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),目標(biāo)：保證

31、隔震設(shè)計(jì)能在罕遇地震下發(fā)揮隔震效果隔震層支墩、支柱及相連構(gòu)件，應(yīng)采用隔震結(jié)構(gòu)罕遇地震下隔震支座底部的豎向力、水平力和力矩進(jìn)行承載力驗(yàn)算。隔震層以下的結(jié)構(gòu)（包括地下室和隔震塔樓下的底盤(pán)）中直接支承隔震層以上結(jié)構(gòu)的相關(guān)構(gòu)件，應(yīng)滿足嵌固的剛度比和隔震后設(shè)防地震的抗震承載力要求，并按罕遇地震下進(jìn)行抗剪承載力驗(yàn)算。,,67,隔震層以下地面以上的結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的層間位移角限值，較非隔震結(jié)構(gòu)提高了一倍。,隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)方法,隔震層下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)