高层建筑双层隔震体系的地震响应分析

以某高层框架结构为例,输入三条地震波,采用SAP2000分析双层隔震体系在多遇地震和罕遇地震作用下的地震响应,研究中间隔震层位于不同位置时双层隔震体系的减震性能,并建议中间隔震层的最优位置。研究表明:高层框架采用双层隔震体系的隔震效果比基础隔震体系要好,罕遇地震下效果更加明显。中间隔震层位于九层时双层隔震与基础隔震体系的隔震效果差不多,多遇地震下中间隔震层位于三层时双层隔震体系的各楼层层间位移角均最小,但在罕遇地震作用下,三层隔震时中间层处的层间位移角发生突变,比六层隔震还要大,因此,建议中间隔震层布置在结构中部偏下位置可取得较好的隔震效果。     

昆明团山幼儿园摩擦摆隔震体系结构设计与计算分析

采用摩擦摆隔震体系对昆明团山幼儿园3层钢框架结构进行了基础隔震设计。通过试验获得了摩擦摆隔震支座的竖向刚度,利用SAP2000对结构进行了动力弹塑性分析。分析结果表明,在地震作用下,隔震结构的层间位移角、层间剪力和楼面加速度响应比非隔震结构减小显著;在罕遇地震下,隔震结构仅出现少量梁铰、未出现柱铰,表明上部结构基本处于弹性,减震效果显著。     

近断层地震动作用下双层隔震体系的地震响应分析

提出了采用基础隔震和层间隔震并用的双层隔震体系,输入近断层地震记录,考察了破裂向前方向性和滑冲效应脉冲对隔震结构的影响。研究表明,采用双层隔震体系可比单独采用基础隔震体系取得更好的减震效果,滑冲效应脉冲比破裂向前方向性脉冲对双层隔震结构更具有破坏性。中间隔震层的位移幅值通常要比基础隔震层的位移幅值大,应注意控制中间隔震层的最大位移不超过容许位移。在破裂向前方向性和滑冲效应脉冲地震作用下,中间隔震层宜分别设置在结构的中下部和结构的中部左右方可取得较好的减震效果。     

竖向不规则性对隔震结构的影响

结构竖向不规则性对抗震不利,但目前对这类结构采取隔震措施后的减震效果、薄弱层等问题尚无研究。本文将竖向不规则隔震结构分为质量分布不规则和刚度分布不规则两类。在小震下用弹性时程分析,讨论了层质量、层刚度变化对隔震结构的层剪力分布模式和减震系数等参数的影响。在大震下通过弹塑性时程分析,研究了竖向不规则隔震结构的薄弱层情况。结果发现:竖向不规则结构采取隔震措施后,层剪力分布比不隔震时要均匀,弹塑性层间位移角也会明显减小,说明用隔震可改善竖向不规则结构的抗震性能。但质量、刚度分布的不规则程度和刚度突变层位置都会影响隔震结构的减震效果,且第1层、质量或刚度突变层及相邻层会出现较大的层剪力比或可能成为薄弱层,设计时应适当予以加强。     

组合隔震技术在高烈度区复杂高层结构中的应用研究

为探讨近断层的复杂高层建筑结构的隔震设计要点,结合某高层医院建筑结构设计实例,研究9度设防强地震输入、体型特别不规则和高预期抗震性能目标条件下采用隔震技术的适应性及对应措施,提出发挥不同隔震器件和减震装置性能特点的组合隔震技术方法。结果表明,组合隔震可减小隔震橡胶支座面压和水平变形,减少塔楼偏置引起的结构扭转效应、竖向高位收进引起的高振型效应,结构构件损伤程度和范围大幅降低,屈服耗能机制更为合理,有效提升了建筑结构的抗震能力。分析比较近场速度脉冲型地震波与考虑1.5近场增大系数的常规地震波作用下复杂高层隔震结构的地震响应差别,结果表明,在速度脉冲型地震波作用下的隔震层位移、上部结构层间位移角及层剪力均大于考虑1.5近场增大系数的常规地震波,采用1.5近场增大系数不能包络近场地震效应,隔震设计时应慎重考虑。     

Application research of combined isolation technology in complex high-rise building in high seismic intensity region

为探讨近断层的复杂高层建筑结构的隔震设计要点，结合某高层医院建筑结构设计实例，研究9度设防强地震输入、体型特别不规则和高预期抗震性能目标条件下采用隔震技术的适应性及对应措施，提出发挥不同隔震器件和减震装置性能特点的组合隔震技术方法。结果表明，组合隔震可减小隔震橡胶支座面压和水平变形，减少塔楼偏置引起的结构扭转效应、竖向高位收进引起的高振型效应，结构构件损伤程度和范围大幅降低，屈服耗能机制更为合理，有效提升了建筑结构的抗震能力。分析比较近场速度脉冲型地震波与考虑1.5近场增大系数的常规地震波作用下复杂高层隔震结构的地震响应差别，结果表明，在速度脉冲型地震波作用下的隔震层位移、上部结构层间位移角及层剪力均大于考虑1.5近场增大系数的常规地震波，采用1.5近场增大系数不能包络近场地震效应，隔震设计时应慎重考虑。     

大跨隔震结构竖向地震响应的振动台试验研究

为研究大跨隔震结构竖向地震响应,首先对一大跨网架隔震结构1∶20的缩尺模型进行了振动台试验,对比研究隔震前后模型的动力特性及其在双向和三向地震动输入下的加速度及位移等动力反应,进而对大跨隔震结构的网架和一般楼层(首层和转换层)的竖向减震效果进行了分析。结果表明大跨隔震结构的网架在双向地震和三向地震输入下都具有非常明显的水平减震效果,且减震率大于一般楼层;大跨隔震结构的一般楼层基本没有竖向减震效果,而在输入地震强度比较小的情况下网架竖向加速度基本没有减小,甚至稍有放大,但随着输入地震强度的增加,网架的竖向加速度减震率逐渐提高;对于网架的竖向位移响应,基础隔震模型在罕遇地震下有较明显的减震效果。最后建立了相应大跨隔震结构与非隔震结构的有限元分析模型,并对隔震支座进行参数优化,结果表明屈重比取4%~6%时,大跨网架隔震结构具有较小的基底剪力。     

考虑高阶效应的高层基础隔震结构振动与控制

为了研究高层基础隔震结构的高阶效应及其控制方法，揭示了高层基础隔震结构的高阶效应机理。以实际工程为原型，进行了1/15比例的缩尺模型地震振动台试验，同时建立有限元模型，通过时程分析方法获得加速度与位移响应，并将分析结果与试验数据进行对比验证了有限元模型的有效性。研究结果表明：在一定条件下，高层基础隔震结构高位部分可能产生较明显的高阶效应，其响应突变层位置基本置于高位部分质量与结构总质量占比约为1/5处；8度罕遇地震作用下，结构顶部加速度放大系数超过2,响应突变层附近层间位移角超过1/100,该类型结构可能具有较大安全隐患；提出的基础隔震与TMD混合减震方案和基础与层间混合隔震方案均能有效的解决高层基础隔震结构的高阶效应，其中基础隔震与TMD混合减震方案振动控制效果能达50%左右；基础与层间混合隔震方案的最佳减震效果可接近50%。     

Shaking table test of eccentric base-isolated structure on soft soil foundation under long-period ground motion

远场长周期地震动使基础隔震结构地震响应强烈，且软土地基-结构相互作用（SSI效应）使隔震结构地震响应更大，而偏心基础隔震结构在双向水平地震作用下将发生扭转效应，极易导致隔震层位移增加。为研究远场长周期地震动下软土地基SSI效应对偏心基础隔震结构地震响应规律及减震效果的影响，对高宽比为3的4层荷载偏心钢结构缩尺模型进行刚性、软土地基上的双向振动台试验。结果表明:软土地基上结构采用隔震技术后，周期延长比低于刚性地基结构体系，使减震效果下降；SSI效应在一定程度上会降低结构层间扭转响应，但在隔震层会出现较大扭转角；与普通地震动相比，远场长周期地震动下SSI效应对隔震结构响应影响程度更大，隔震层位移可能超限，总体减震效果较差。建议为保证软土地基上基础隔震结构的安全，应考虑SSI效应后进行结构设计，且远场长周期地震动的不利影响不可忽视。     

不规则高层隔震结构地震响应的影响分析

以不规则且高宽比达6.1的三维隔震结构为分析模型,隔震层力学特性水平采用Bouc-Wen模型,竖向采用拉压不等双线性模型。根据PGA/PAV(地震加速度峰值比速度峰值),选取了10条地震波,分析了地震波频谱特性及隔震层偏心对不规则大高宽比隔震结构地震响应的影响。分析结果表明:采取隔震措施后,隔震层和结构顶层加速度均可减小69%,结构顶层扭转角减缓达67%;低频长周期地震波作用下隔震结构的地震响应较高频短周期地震波的大,结构响应大致随着PGA/PGV的增大而减小;当隔震后周期达某一程度后,隔震层偏心对上部结构影响不明显,可以适当放宽对支座布置的要求。本文分析结果对高层隔震结构设计具有一定参考价值。     

隔震层位置不同的隔震结构地震响应分析

分别对带有一层地下室的三层、六层、十层框架结构进行隔震设计,根据隔震层位置不同提出两种隔震方案:地下室底板隔震和地下室柱顶隔震,通过与传统抗震结构相比得到:不论框架层数多少,隔震后结构前三阶周期延长2~4倍,中低层框架结构的周期增长率比高层结构大,隔震结构的层间剪力、层间位移和楼层加速度均有显著降低,中低层框架结构的减震效果相对优于高层框架结构,且在罕遇地震下减震效果更明显;从不同层数框架结构的水平向减震系数和隔震层位移等对比可知,地下室柱顶隔震的减震效果相对较好。     

既有多层砌体结构教学楼隔震加固设计

为研究隔震技术加固砌体结构房屋的可行性及适用性，以一栋层数和高度均超限的既有多层砌体结构教学楼为对象，详细介绍隔震加固设计全过程，并利用软件ETABS对隔震加固后的结构进行分析。结果表明，隔震加固后，砌体结构的自振周期明显延长，地震响应显著降低；变形集中于隔震层，隔震层以上结构层间位移角在设防地震作用下远小于2倍弹性层间位移角限值，在罕遇地震作用下远小于4倍弹性层间位移角限值，满足了预定的抗震性能目标；隔震支座的水平位移和拉/压应力也远小于规范限值。隔震层以上结构X、Y向减震系数最大值分别为0.301和0.379,均小于0.4,结构构造措施可按比设防烈度降低一度确定，解决了结构层数和高度超限问题。     

高层隔震结构在长周期地震动作用下的响应分析

将地震波进行经验模态分解(EMD)求得固有模态函数(IMF)并做希尔伯特-黄变换,求得地震动记录的累积能量谱以及边际谱。通过边际谱的平均特征周期或β谱2~10 s的加权平均值的定量方式区分出普通地震动和长周期地震动。为了考察高层隔震结构在长周期地震作用下的响应,建立一有实际工程背景的基础隔震的高层建筑模型;输入经过长周期地震波和反应谱与规范反应谱相符的地震波进行时程分析,比较两者作用下结构响应的异同。分析结果表明:定量的方式可以区分长周期地震动和普通地震动,将经过区分的长周期地震波作为输入,算例在长周期多遇地震及罕遇地震作用下,底部固定高层结构和高层隔震结构的楼层剪力平均值、层间位移角以及高层隔震结构的隔震层位移均较与反应谱相符的地震作用下大,隔震层位移的增大尤其明显。从隔震系数和层间位移角而言,长周期地震作用下的隔震效果较差。符合规范反应谱的时程分析表明该高层隔震结构本身隔震性能良好,上部结构性能接近大震弹性。因此高层隔震结构在等值PGA的输入下,长周期地震作用下,高层隔震结构在小震和大震下都很难满足设计要求,对于存在长周期地震动风险的情况下,需要开发适合于高层隔震结构的隔震体系。同时,拟输入地震动为长周期地震动时,等值PGA不是一个合理的指标。     

土与结构相互作用对层间隔震结构影响的参数分析

层间隔震结构是在基础隔震结构的基础上发展起来的一种新型隔震结构体系。实际工程中,因受到地形条件和建筑功能使用需求的限制,仅能在中间某层设置隔震装置,从而形成层间隔震体系。层间隔震体系在减震机理、振动特性及设计方法等方面均有别于基础隔震结构。通过有限元分析,研究了土-结构相互作用(SSI)对层间隔震结构地震响应的影响,探讨场地土弹簧刚度,隔震层水平刚度等参数变化时,考虑SSI作用下层间隔震结构地震响应的变化规律。研究表明:SSI效应使得层间隔震结构刚度弱化,引起其周期延长,土越软地震效应越大;SSI效应对层间隔震结构的地震响应,如体系的基底剪力、顶层位移、层间位移、层间剪力等,均造成不同程度的影响,土越软效果越明显;隔震层水平刚度对体系地震响应也存在一定影响。     

长周期地震动下软土地基的偏心基础隔震结构振动台试验研究

远场长周期地震动使基础隔震结构地震响应强烈,且软土地基-结构相互作用（SSI效应）使隔震结构地震响应更大,而偏心基础隔震结构在双向水平地震作用下将发生扭转效应,极易导致隔震层位移增加。为研究远场长周期地震动下软土地基SSI效应对偏心基础隔震结构地震响应规律及减震效果的影响,对高宽比为3的4层荷载偏心钢结构缩尺模型进行刚性、软土地基上的双向振动台试验。结果表明:软土地基上结构采用隔震技术后,周期延长比低于刚性地基结构体系,使减震效果下降;SSI效应在一定程度上会降低结构层间扭转响应,但在隔震层会出现较大扭转角;与普通地震动相比,远场长周期地震动下SSI效应对隔震结构响应影响程度更大,隔震层位移可能超限,总体减震效果较差。建议为保证软土地基上基础隔震结构的安全,应考虑SSI效应后进行结构设计,且远场长周期地震动的不利影响不可忽视。     

隔震技术在某体育馆加固工程中的应用与分析

本文以某中学局部4层框架结构体育馆抗震加固工程为背景,利用SAP2000软件,建立了框架结构体育馆的有限元分析模型,通过模态分析与动力时程分析得到非隔震结构与隔震结构在多遇、罕遇地震作用下结构周期、层间剪力、层间位移、层间位移角和顶层加速度等地震响应参数,比较并分析了体育馆采用隔震技术后的减震效果。结果表明:采用隔震技术加固方案后,结构的地震响应得到明显的降低,从而显著地提高了结构的抗震能力。利用该方法加固,节约造价,施工方便,可供同类工程参考。     

超高层错层隔震体系地震响应研究

超高层错层隔震体系是层间隔震体系基础上发展而来的一种隔震结构。建立了某超高层错层隔震结构有限元模型,分别输入普通地震动、远场类谐和长周期地震动和近断层脉冲型长周期地震动3种不同类型的地震动,分析错层隔震结构在3种地震动作用下的响应,并与层间隔震结构响应进行分区比较。结果表明：错层隔震结构和层间隔震结构在3类地震动作用下层间位移较小,基底剪力较小,塑性铰少,两种结构均具有良好的减震效果;在普通地震动作用下,错层隔震结构相比于层间隔震结构层间位移减小、基底剪力减小,其减震性能较层间隔震结构更优;错层隔震结构在不同长周期地震动作用下减震效果具有一定差异性,在近断层脉冲型地震动作用下的减震效果稍优于层间隔震结构的,在远场类谐和长周期地震动作用下的减震效果稍劣于层间隔震结构的。在受远场类谐和长周期地震动影响的区域,错层隔震结构在设计时需对中部隔震层附近的核心筒予以充分关注。     

URTFPB高层隔震建筑地震响应分析

竖向抗拔型摩擦摆支座(URTFPB)是一种新型减震消能支座。介绍了该支座的工作机理及力学模型。以框剪高层隔震建筑为例,利用Midas Gen软件建立了基础隔震结构计算模型,提取了隔震支座的竖向位移、竖向轴力、隔震建筑沿弱轴方向的水平加速度及各楼层的最大加速度包络值。结果表明:由于隔震周期的延长,框剪摩擦摆基础隔震结构减小了地震作用能量的输入,从而有效地降低了结构的地震加速度响应;新型竖向抗拔型摩擦摆支座有效地提高了隔震层的竖向抗拔能力,解决了高层隔震建筑的倾覆问题。     

变性能黏滞阻尼器隔震结构体系抗风与隔震分析

高风压、高烈度地区的高层建筑隔震设计时存在隔震层抗风需求与减震效果难以协调的问题,且罕遇地震作用下隔震层位移过大需进行限制,为此,提出在隔震层中增设变性能黏滞阻尼器形成组合隔震体系,利用变性能黏滞阻尼器的分段式性能分别控制风、地震作用下结构响应。介绍了变性能黏滞阻尼器隔震体系的构造、作用机理、设计流程,并以某29层框剪结构为例进行了隔震设计分析。结果表明,变性能黏滞阻尼器隔震体系具有良好的耗能能力和隔震层限位效果,能够同时兼顾高层隔震结构抗风与减震需求,在高风压、高烈度地区的高层隔震建筑中有较好的工程应用价值。     

带裙房高层隔震框架结构在罕遇地震下非线性时程分析

简要介绍隔震结构的减震机理,为研究高层隔震结构的减震性能,以一栋带裙房的11层框架结构为例,采用有限元软件SAP2000建模,对无控结构模型,层间隔震模型和基础隔震模型进行罕遇地震作用下非线性时程分析。通过层间位移、层间剪力、顶层加速度反应对比,得出一些有用结论:隔震支座能有效减少地震能量向上部结构传递,基础隔震效果优于层间隔震。