面向多级性能设防目标的铅芯橡胶隔震支座基础隔震结构优化设计及分析

根据我国现行建筑抗震设计规范的要求,对基础隔震结构设计时采用将隔震层与上部结构分离计算的方法(即分离式方法),这种方法没有将设防地震作用下的水平向减震系数和罕遇地震作用下的隔震层水平变形这两方面的性能要求同时考虑,难以获得最优的隔震支座力学性能的需求参数以及用于上部结构设计的水平向减震系数。为此,以铅芯橡胶隔震支座(LRB)基础隔震结构为研究对象,采用两自由度体系的简化模型,基于等效线性化和振型分解反应谱法推导了LRB基础隔震系统力学性能参数与水平向减震系数、隔震层最大水平变形之间的简化公式,参数分析中发现,存在一个临界屈服强度比(即铅芯屈服剪力与LRB基础隔震结构总重力的比值)使得水平向减震系数取得最小值,而且当取值大于该临界屈服强度比时,水平向减震系数和隔震层最大水平变形这两个性能指标相互矛盾,无法同时取得最优解,为此将优化目标取为两性能目标的线性组合,从而确定最优屈服强度比,并根据最优屈服强度比所对应的水平向减震系数进行上部结构设计,从而建立面向多级性能设防目标的LRB基础隔震结构优化设计方法。算例分析表明,按照上述优化设计方法所得到的水平向减震系数和隔震层最大水平变形与时程分析结果基本相符,说明该方法合理可行。通过对比分析认为,采用面向多级性能设防目标的优化设计方法所设计的LRB基础隔震结构即使在巨震作用下也具有良好的抗震性能。     

隔震结构不同阻尼比地震影响系数曲线的改进研究

对我国现行建筑抗震设计规范中不同阻尼比隔震结构的地震影响系数曲线进行了研究。对于隔震结构的计算分析,规范建议采用时程分析方法进行求解;在特定情况下,也可根据规范中不同阻尼比结构的地震影响系数曲线,采用简化的等效线性化方法进行迭代求解。建立了一个典型的采用叠层橡胶支座隔震的12层钢筋混凝土结构;分别采用等效线性化方法和时程分析方法,对隔震层位移、基底剪力等进行分析和比较。发现等效线性化方法的隔震分析结果相对于时程分析方法严重偏大,说明当结构阻尼比大于0.05时,我国规范的阻尼调整系数值过于保守。在此基础上,对规范中地震影响系数曲线采用的阻尼调整和形状参数提出了改进建议。在不同的场地类别和地震分组情况下,改进后的等效线性化方法的计算精度均得到了很大提高,可以准确计算隔震结构的基本动力响应。     

建筑隔震结构地震响应计算的层间剪力校准系数法

隔震结构由于其优越的抵御地震能力而在实际建筑工程中得到了广泛的应用。针对建筑隔震结构,我国GB 50011—2010 《建筑抗震设计规范》所推荐的水平向减震系数法,通过引入水平向减震系数修正未采取隔震措施结构的反应谱法结果,间接获得采取隔震措施后结构的地震响应。该法具有较强的操作性,但其合理性一直受到工程界的关注。针对隔震结构的局部非线性行为,建立隔震结构地震响应的时域显式表达式,利用其降维列式优势实现隔震装置局部非线性自由度的高效降维迭代计算。结合随机模拟方法,统计获得非线性隔震结构在地震作用下的层间剪力。在此基础上,针对等效线性隔震结构反应谱法得到的层间剪力进行校准,获得各楼层层间剪力校准系数,然后采用该系数调整反应谱法计算得到的等效线性隔震结构各楼层的构件内力。采用所提出的层间剪力校准系数法和规范推荐的水平向减震系数法,对两个基础隔震结构进行地震作用效应分析,结果表明所提出方法能有效提高隔震结构地震响应的计算精度。     

基于全时程迭代的金属阻尼器减震结构地震响应分析方法研究

准确地估算等效阻尼系数和等效附加刚度对于附加金属阻尼器的减震结构的设计具有实用意义。首先基于等效线性化基本理论推导出等效阻尼系数和等效附加刚度计算公式,并引入全时程迭代的思想,形成一种附加金属阻尼器减震结构的地震响应分析方法。继而通过对3层剪切型结构的地震响应分析,探讨了该计算方法迭代过程的收敛性。最后,通过对3层剪切型结构和8层平面框架结构的地震响应分析,考察了该计算方法的计算精度和可靠性。与现有方法相比,提出的等效阻尼系数和等效附加刚度计算公式物理意义明确,同时考虑了金属阻尼器自身参数和结构动力响应对等效线性化参数的影响,采用的全时程迭代方法具有收敛速度快、计算精度高等优点。     

基于近断层脉冲地震动的RC框架隔震结构等效线性化分析方法研究

当前国内学者多用单自由度的等效线性化方法,即对隔震层的等效线性来模拟计算多层隔震建筑的受力和变形,不能准确全面反映隔震上部结构的实际情况。考虑到近断层地震动中包含动态长周期脉冲型地震动会对隔震结构这类长周期结构可能会产生较大的破坏,为此,本文研究基于反应谱法计算的多自由度结构等效线性化分析不同方法的计算精度,首先根据现行规范设计了两个RC框架隔震结构算例,并选取59条近断层脉冲型地震动输入,采用了不同隔震层等效线性化分析方法,分别计算对比地震作用下的弹性反应与非线性时程分析结果,包括隔震层位移、底部剪力比和层间位移角。从数理统计的角度以相对误差均值和变异系数来对各等效线性化方法的精度作出评价。结果表明:当隔震层采用不同的等效线性化分析方法时,Hwang法精度范围在11.7%～16.1%,JPWRI法在11.1%～17.3%,具有更好的精度。因此,针对近断层地震动,为更好估计RC隔震框架结构的地震峰值响应,可采用基于Hwang法或JPWRI法的反应谱等效分析方法。     

基础隔震结构性态水准和性态目标的研究

以国内外有关结构性态水准和性态目标的主要研究成果为基础,参考国内的相关规范和标准,将基础隔震结构的性态分为5个水准:健康、亚健康、病态、生命安全和毁坏,并针对建筑不同使用功能的重要性提出了3个层次的设防目标:一般设防目标、强化设防目标、重点设防目标。同时,对基础隔震结构用设计基准期定义其不同功能类别,计算了设计基准期不同的三类建筑不同地震动水准的相当超越概率;提出了不同使用功能结构水平向减震系数与隔震后上部结构水平地震作用和抗震措施所对应的烈度分档建议值。最后,将基础隔震RC框架结构的设防目标进行了量化。     

某医疗钢结构隔震设计与性能分析

隔震技术通过设置隔震支座,可延长结构自振周期,降低结构所受的地震作用.针对某医疗钢结构建筑,分别采用基于减震系数的分部设计法、直接分析设计法进行隔震设计,通过同时考虑上部结构非线性与隔震支座非线性的动力时程分析,对不同地震水准下隔震结构的抗震性能进行分析评价,同时与抗震结构的抗震性能进行对比.结果 表明:采用直接分析设计法设计的隔震结构抗震性能水平高于采用分部设计法设计的隔震结构的抗震性能水平;相比于抗震结构,隔震结构的剪力、上部结构层间位移及楼层加速度均较低,尤其是楼层加速度明显降低,能够保护内部设备不发生倾覆破坏.     

隔震体系非线性问题处理方法研究

对隔震设计的非线性问题进行分析,针对处理该问题的等效线性化迭代设计方法进行介绍并结合某18层的隔震工程算例对迭代结果进行验证.研究表明:隔震体系在结构形式和设计目标确定的前提下,等效线性化处理的结果是唯一的,迭代结果是合理的.     

平西府车辆段与综合基地(运用库)高位隔震设计分析

基于高位隔震结构的动力特性及影响高位隔震结构隔震效果的主要参数——频率比、质量比,介绍了地震波的选取及输入方式和高位隔震结构隔震层、隔震层以上结构、隔震层以下结构的抗震性能目标,以及振型分解反应谱法中隔震支座等效刚度的计算方法。采用ETABS软件对高位隔震结构进行计算分析,采用ETABS中Link单元模拟隔震支座,进行了非线性时程法及振型分解反应谱法分析,同时采用了PKPM等效剪切刚度的计算方法。经过分析,高位隔震结构隔震层以上结构可按降低一度进行设计,隔震层、隔震层以下结构能够达到预期抗震设防目标,并验证了PKPM简化计算方法的可行性。     

最小地震剪力系数对隔震结构抗震性能的影响

最小地震剪力系数是隔震结构设计的关键控制因素之一。对等效周期为2~6s的单质点隔震体系在远场地震动（FF地震动）、近场含脉冲地震动（NFWP地震动）和近场不含脉冲地震动（NFWNP地震动）作用下的剪力系数分布特点进行分析,并将其与规程中有关最小地震剪力系数的相关规定进行对比,探寻在不同抗震设防烈度下,不能满足最小地震剪力系数的隔震结构的等效周期范围。以位于我国抗震设防烈度8度区的某隔震结构为例,采用三种不同的设计地震剪力取值方法,设计了6种不同的结构模型。通过模型的弹塑性时程分析,比较了地震动的近远场特性对各模型抗震性能的影响,及其在罕遇地震作用下的性能差异。分析结果表明：地震动的近远场特性对隔震结构的楼层设计剪力影响较大;对不满足最小地震剪力系数要求的隔震结构,采用放大设计地震剪力使其承载力满足最小地震剪力系数的方法,能够有效提高其抗震能力;不考虑最小地震剪力系数对结构设计地震剪力的限制,采用结构的实际地震剪力需求进行设计的隔震结构能够满足地震作用下的承载力和层间位移限值要求。     

宿迁佳宝儿童医院综合楼隔震设计研究

宿迁佳宝儿童医院位于宿迁市宿城区,拟建综合楼地上17层,地下1层,建筑高度69.30 m,地上建筑面积2.38万m2,采用框架剪力墙结构。该工程位于高烈度区,重点设防类别,抗震设防烈度8度(0.30 g),采用隔震设计。隔震层位于地下室顶板,采用天然橡胶支座和铅芯橡胶支座进行隔震,水平向减震系数β不大于0.38。隔震层以上结构抗震设防烈度降低1度,按7度(0.15 g)进行设计,隔震层以下结构按规范要求进行罕遇地震和设防地震承载力验算。结果表明,隔震技术能明显减小上部结构的地震反应,提高房屋的安全性和舒适性。     

某教学楼在不同隔震参数配置下的减震系数研究

GB 50011—2001《建筑抗震设计规范(2008年版)》中隔震设计是采用减震系数的方法,但是隔震参数在不同配置时的减震系数研究还比较少。通过对某教学楼采用橡胶隔震和带摩擦阻尼的橡胶隔震分析,研究该结构在这两种情况下的地震反应,并结合规范得出减震系数。为分析带摩擦阻尼的橡胶隔震不同配置时的地震反应,提出摩擦阻尼和橡胶支座恢复力配置比R,研究结构在不同R时的地震反应及减震系数。结果表明:隔震后上部结构地震反应明显减小,橡胶隔震可使上部结构设防烈度降低1.5度,带摩擦阻尼的橡胶隔震可降低1度。采用参数R分析减震效果时,摩擦阻尼一定而增大R,结构的层间剪力和减震系数都减小,但当R值大于5时,减震系数趋于稳定值。     

某幼儿园基础隔震结构设计分析

对厦门某一幼儿园教学楼进行基础隔震设计,分析结构在设防烈度下地震作用的结构反应。通过有限元软件分析和对比抗震结构和隔震结构两者的周期,层间剪力和层间位移。结果表明,隔震结构的周期延长;减震系数小于0.4;层间位移集中在隔震支座,上部结构的层间位移明显减小,减震效果明显。证明隔震设计提高了结构安全性。     

某办公楼隔震设计

拟建办公楼位于高烈度区,首层柱底采用铅芯橡胶隔震支座,应用时程分析法,得出隔震结构设防烈度下的层剪力和倾覆力矩,与非隔震结构设防烈度下的相应值比较,进一步得出隔震后的水平地震影响系数最大值,并验算了罕遇地震下上部隔震结构的变形和支座应力。分析结果表明,采用基础隔震措施可有效减小地震力对上部结构的影响。     

山西某公寓楼基础隔震设计与研究

对位于山西某8度设防烈度区的一公寓楼采取基础隔震设计,柱底设置隔震装置,选用天然橡胶支座和铅芯橡胶支座。通过时程分析方法,分析隔震结构在多遇地震和罕遇地震作用下的地震响应。计算结果表明,隔震后结构的自振周期明显延长,上部结构的楼层剪力和层间位移角显著降低,反应位移主要集中在隔震层,隔震效果较好,支座耗能能力较强,结合建筑抗震规范,上部结构抗震设防烈度可按降一度设计。     

框架结构直接基于损伤性能的抗震设计方法研究

根据建筑结构基于性能的抗震设计思想，针对框架结构提出了直接基于损伤性能的设计方法。首先，建立等效位移延性系数与结构损伤指标的关系，得到了反映不同设防水准损伤目标的结构等效位移延性系数；其次，运用R-μ关系模型，根据等效位移延性系数确定了地震折减系数，从而计算出结构弹塑性地震作用；然后，通过结构的需求曲线与推覆曲线对结构在强震作用的性能进行评价；最后，通过算例说明了该方法的设计步骤及其可行性。     

隔震层屈服系数对基础隔震结构性能的影响

为研究隔震层屈服系数对采用橡胶隔震支座的基础隔震多层结构水平向地震反应的影响,首先对单质点体系在不同屈服系数下的地震反应规律进行分析,包括按等效线性化反应谱法简化计算和按时程分析法计算。然后以一个多层隔震结构为例,研究多质点体系在不同屈服系数下的地震反应规律。同时,分析在不同支座压应力和地震输入强度下的相关性。分析结果表明：对应最小水平向减震系数,存在一个最优隔震层屈服系数区间,且隔震支座平均压应力越小,最优屈服系数越大;隔震层水平位移随隔震层屈服系数的增加而减小;隔震层和各楼层最小水平向减震系数对应的最优屈服系数不同;随着隔震层屈服系数的增加,上部各楼层的水平加速度也相应增加,表现为中间层增幅小、顶层和隔震层增幅大。水平地震输入峰值加速度越大,最小水平向减震系数对应的隔震层最优屈服系数越大,建议参考罕遇地震作用下的地震反应评估隔震装置的隔震效果。     

某国际会议中心复合隔震设计与研究

对位于8度抗震设防烈度区的某国际会议中心进行基础隔震设计,隔震层采用铅芯橡胶支座、天然橡胶支座和弹性滑板支座组成的复合隔震体系,并在隔震层布置多个粘滞阻尼器以降低结构位移响应。分析表明:采用该复合隔震体系可以大幅降低上部结构地震响应,达到使主体结构地震作用降低一度的设计目标。     

某隔震结构基于多级设防的性能反应分析与目标评价

结构性能的可预演与可控制是结构性能设计的核心内容,工程结构的复杂性以及结构性能影响因素的不确定性是目前实现结构性能设计和目标控制的难点。基础隔震结构因隔震层的设置使结构性能控制的对象相对集中、性能影响因子大大减少,并且隔震支座的性能可实验、可预演、可控制,构件易更换。本文以该思想为指引,将性能设计的理论应用于某隔震结构工程设计,通过对隔震层性能目标的控制来实现整体结构的性能设计和目标控制,对结构在多种地震作用工况下的位移和楼层加速度进行分析,对结构在多级性能设防条件下的性态目标进行分析和评价。结果表明:该隔震结构在多个地震作用工况下性能反应良好,性能控制目标明确,并可实现多级目标设防。因此,作者认为基础隔震结构是目前实现工程结构性能设计的很好途径和实践。     

9度区某复杂高层隔震结构设计

川投西昌综合医院项目位于9度区近断层,建筑体型复杂,上部结构竖向及平面不规则.为提高结构的抗震性能,在基础顶部设置隔震层,隔震层由铅芯橡胶支座、叠层橡胶支座、黏滞阻尼器和弹性滑板支座组成;隔震层以上采用框架-剪力墙结构.介绍了考虑1.5的近场地震增大系数后该工程的结构设计及隔震设计.隔震分析结果表明,结构水平地震减震系数为0.367,上部结构水平地震作用可按降低一度设计;罕遇地震下隔震支座的面压、水平位移等参数能够满足规范要求.结构性能化分析结果表明,隔震后的结构抗震性能得到提高,能满足抗震性能目标C的要求.加强了隔震沟挡土墙的设计,使得高11.7m的悬臂挡土墙满足大震弹性的要求.