基于结构设计的基础隔震结构高宽比限值的研究

本文研究了橡胶支座基础隔震结构的高宽比限值。研究基于保证隔震结构在强震中不倾覆的两个充分条件,一个是橡胶隔震支座不能产生拉应力,另一个是隔震支座压应力不超过容许值。本文推导了隔震结构高宽比限值的显式并给出了针对不同建筑类别、不同设防烈度、不同场地条件和不同隔震层阻尼比的高宽比限值。在支座的轴力计算中,还考虑了竖向地震作用和荷载的最不利组合。研究发现,当控制条件为支座不产生拉应力时,高宽比限值随隔震结构周期的增加而增加;当控制条件为支座压应力不超过容许值时,高宽比限值随隔震结构周期的增加而减小。因此,存在一个临界周期使高宽比限值取得极大值。研究还发现,存在一个最大的隔震结构周期使高宽比限值等于零或隔震层位移超过容许值。将隔震结构的周期与临界周期和最大隔震周期比较,就可以得到相应高宽比限值的表达式。最后,按照简单、安全的原则,将各种工况下的高宽比限值进行了归并,给出了高宽比限值的设计建议值。同时,还按设计规范提供的结构周期计算公式计算了隔震结构的高度限值。     

隔震结构高宽比及支座竖向力分析

采用基于一阶振型的简化设计方法,推导出竖向地震、水平地震、重力荷载下支座竖向力计算公式,得出边支座拉应力和压应力的控制荷载组合,并讨论了支座竖向力、结构周期、场地类别、设防烈度、支座布置对隔震结构高宽比限值的影响。结果表明：(1)减少宽度方向的支座排数,可以降低罕遇地震下隔震结构支座拉应力;(2)重力荷载下支座压应力小于某界限点压应力时,高宽比限值由罕遇地震下拉应力控制;大于界限点压应力时,高宽比限值由罕遇地震下压应力控制,该界限点与特征周期以及上部结构特性相关;(3)隔震结构周期变长,高宽比限值会相应提高,合理选择隔震层刚度,可以将隔震技术用于高宽比较大的建筑。     

高层隔震结构高宽比限值研究北大核心CSCD

当高层隔震建筑遭遇强震作用时,橡胶隔震支座容易产生拉应力或压应力超过容许值,使结构产生倾覆破坏。为防止高层隔震结构发生倾覆破坏,采用三质点等效模型推导出多振型高宽比限值计算公式,并给出相应的高宽比限值。研究表明,与单质点高宽比计算公式相比,按推导的多振型高宽比公式计算所得的高层隔震建筑高宽比限值更为安全可靠。     

高层隔震结构提离摇摆耦合理论模型及振动台试验验证

基于受力及变形方程的微分求解给出高层隔震结构考虑支座水平及竖向刚度衰减规律和结构摇摆效应的耦合动力理论模型,并给出摇摆角、压应力及剪应变对隔震层水平及竖向的力学性质影响规律。对高宽比为5及25的隔震结构进行振动台试验研究,试验结果表明大高宽比隔震结构动力特性出现明显振型二阶效应,地震动作用下大高宽比结构隔震层摇摆角响应比小高宽比结构大,在输入地震动峰值06g时两者差值达到5倍以上,且大高宽比结构出现明显的支座受拉现象。对隔震层水平、竖向及摇摆响应的理论计算值和试验实测值进行对比,结果表明理论和试验结果较为一致。进一步分析4种高宽比隔震结构的摇摆角响应,得到摇摆角随高宽比增加而增大的结果。大高宽比隔震结构更易产生摇摆响应,隔震层的摇摆角不可忽视,因此高层结构在隔震设计中应考虑隔震层的摇摆响应和支座受拉的情况。     

隔震支座拉压刚度比对高层隔震结构抗倾覆性能影响研究

本文针对某实际高层隔震结构,对比分析了考虑重力荷载与地震非线性组合与传统线性组合情况下,5种不同拉压刚度比对罕遇地震作用下支座最大拉应力、最大压应力和最大位移的影响,同时在考虑非线性组合的前提下,对比了不同结构高度下,不同支座拉压刚度比对三个抗倾覆性能指标的影响。分析结果表明:1相对于线性组合的分析方法,非线性组合下,支座拉压刚度比的变化对于三个抗倾覆性能指标影响不显著;2结构高度增加,拉压刚度比的变化对隔震层中受拉最不利位置支座的拉应力计算结果差异性影响降低;3非线性组合下,随着拉压刚度比的增加,受拉最不利支座的拉应力也相应增加,基于工程设计安全富余的考虑,建议在非线性组合时隔震支座拉压刚度比采用1/5进行设计。     

浅谈隔震支座方案设计及工程应用

以橡胶隔震支座为例,结合某藏书库项目,根据建筑结构的功能、隔震结构的性能和隔震支座的性能确定隔震方案。该藏书库为混凝土框架结构,隔震方案为基础隔震。采用ETABS软件对结构在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的响应进行分析。分析结果表明:1)介绍的隔震设计方法是合理的;2)该隔震方案满足降一度设计的要求;3)隔震支座在重力荷载代表值作用下的压应力,在罕遇地震作用下的变形和拉、压应力均满足规范的限值;4)隔震结构的抗风承载力满足规范要求。     

不同高宽比的摩擦摆结构隔震效果的SAP模拟分析

运用有限元分析软件SAP2000,对三种不同高宽比的4层隔震结构在地震荷载作用下,分别进行内力和支座位移的分析,以探究高宽比因素对于隔震结构地震反应的影响。分析结果表明:上部结构高宽比越大,隔震结构受地震荷载的作用效应也会相应增大,支座位移则呈减小的趋势。     

商贸建筑框架结构隔震分析与设计

在对某商贸城综合楼进行隔震设计前,利用ETABS软件对比分析了隔震结构与非隔震结构的地震响应,验证了隔震支座位移、拉压应力等性能指标,分析了其隔震效果。分析结果表明:隔震结构较非隔震结构的自振周期增大了2.42倍,结构周期得到了有效延长,有助于减小上部结构的地震响应;隔震结构满足规范"前二阶振型以平动为主,第三阶振型以扭转为主"的抗扭设计要求;水平向减震系数β小于0.26,隔震后结构地震影响系数最大值为0.073,上部结构抗震构造措施可按降1度进行设计;隔震支座在重力荷载代表值作用下的压应力,罕遇地震作用下的支座拉应力及其水平位移验算均满足规范要求;隔震缝宜大于194.52 mm,该工程隔震缝宽度建议取250 mm。     

高烈度区高层剪力墙结构隔震设计研究

对罕遇地震作用下加速度幅值为0.765g的某钢筋混凝土剪力墙结构橡胶支座隔震设计进行了研究。该结构高度为77.9m,高宽比为3.14,抗震设防烈度为8度(0.30g),近场影响系数取1.5,未采取措施时隔震支座同时受拉百分比达到43%。将设置初始间隙的可提离装置设置在周边隔震支座处,用于解决罕遇地震作用下隔震支座拉应力过大问题。分析结果表明,中震作用下结构层间剪力和倾覆弯矩减震系数最大值为0.38,罕遇地震作用下隔震支座的极小面压为0.09MPa,绝大部分支座无拉应力,隔震支座极大面压、水平矢量变形和结构抗倾覆安全系数均能够满足规范要求,结构能够满足"大震不倒"的抗震设防目标。     

考虑隔震支座竖向变形对基础隔震剪力墙结构的抗侧刚度影响研究

与普通抗震结构不同,由于隔震支座会发生竖向变形,基础隔震结构在地震作用下将会发生一定的刚体转动,进而影响上部结构的侧向刚度,而这种刚体转动在剪力墙结构中表现得尤为明显。采用ABAQUS有限元分析软件对基础隔震双肢剪力墙结构进行了非线性有限元数值模拟计算,建立30个有限元模型,通过改变隔震支座拉压刚度比值、墙体轴压比、高宽比,对比分析了隔震支座竖向变形引起的隔震层转动对双肢剪力墙隔震结构抗震性能的影响。结果表明:增大隔震支座拉压刚度比与轴压比、减小剪力墙高宽比可以减小隔震支座竖向变形引起的上部结构转动;由于上部结构转动的影响,隔震上部结构抗侧刚度明显低于相同条件抗震结构,在工程设计中应引起重视。     

橡胶垫隔震支座结构高宽比限值研究

本文对叠层橡胶垫隔震结构的高宽比限值进行了研究,导出了实用的简化计算公式,分析了地震动峰值、场地条件、隔震层刚度、上部结构刚度(反映了上部结构类型)、橡胶垫的布置等因素对隔震结构高宽比限值的影响及其变化规律。给出了不同条件下具有统计意义的隔震结构高宽比限值的定量范围,并提供了提高隔震结构高宽比的有效方法,得出了一些具有实际意义的结论,为工程计算与设计提供了方法和依据。本文结果可供编制有关规范和规程参考。     

橡胶垫基础隔震结构考虑竖向地震作用高宽比限制研究

采用多质点层间剪切型分析模型 ,建立了橡胶垫基础隔震结构在水平与竖向地震联合作用下的运动微分方程 ,并推导了隔震结构高宽比限值的简化计算公式。在考虑了场地条件、地震烈度等影响因素下 ,分析了竖向地震作用的存在对隔震结构高宽比限值的影响规律。研究表明 ,在硬土场地上 ,竖向地震作用的存在对隔震结构高宽比限值有较大影响 ,并随着地震烈度、竖向加速度峰值的增大而增大。建在高烈度设防区较硬土场地上的基础隔震结构 ,其高宽比的确定应考虑竖向地震作用的影响     

Limitations of height‐to‐width ratio for base‐isolated buildings under earthquake

The limitation of height‐to‐width ratio (HWR) for a base‐isolated building with elastomeric rubber bearings is of considerable concern to structural design engineers. Guidelines and codes on this type of building have to deal with this issue. Nevertheless, until now, no systematical and quantitative studies have been done on this problem for base‐isolated buildings. For this reason, the main objective of this paper is to focus on investigations on the limit of the HWR for the isolated building with rubber bearings under different conditions subjected to earthquake excitations. The simplified formulation is derived to explore the rules of seismic responses for the structural system and some influential factors, such as the site soil conditions, seismic ground motion intensity, period of the isolated system, period of the superstructure and layout of isolators, are studied and discussed. According to the numerical results, it has been found that the effects of site soil conditions on the HWR limit values are important: the softer the site is, the smaller the HWR limit value is under different seismic intensities. The predominant period of an isolated building also plays a considerable role in the HWR limit value, namely, the isolated building with a longer period may have a relatively large HWR value; and the stiffness of the superstructure affects the HWR limit value little. Furthermore, an effective method to improve the HWR limit value is proposed. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

并联复合隔震结构的地震响应和滞回特性分析

在建立并联复合隔震结构运动微分方程的基础上,通过数值模拟,计算并研究了不同加速度峰值下,给定摩擦承压比的多自由度并联复合隔震结构的自振周期、最大基底剪力、最大基底剪力系数、最大层间位移、层间速度、层间加速度等地震响应以及隔震层的滞回特性,并与普通抗震结构、夹层橡胶垫隔震结构、摩擦滑移结构进行了全面对比分析和讨论。结果表明:并联复合隔震结构由于充分利用了复合隔震支座的优点,能够显著降低结构的地震响应,并且具有优良的滞回耗能特性。     

考虑轴力转移的并联基础隔震结构地震反应分析

在地震作用下,并联基础隔震结构的隔震层随着水平位移的增加,由于两类支座竖向刚度不同,将在两类支座间出现轴力相互转移,隔震层的力与水平位移的关系呈现很强的非线性关系。根据该种隔震结构不同类型支座间轴力在地震过程中相互转移的特点,给出并联基础隔震体系考虑轴力相互转移的隔震层恢复力模型,提出一种基于SIMULINK环境下对并联基础隔震体系考虑支座轴力相互转移进行仿真计算分析的新方法。工程实例计算结果表明,考虑支座承受的竖向荷载变化时,隔震层最大水平位移比不考虑支座竖向承载力变化时有所下降,支座竖向承载力变化所引起的附加摩擦力已经成为一个不能忽视的因素。     

考虑轴力转移的并联基础隔震结构地震反应分析

 在地震作用下,并联基础隔震结构的隔震层随着水平位移的增加,由于两类支座竖向刚度不同,将在两类支座间出现轴力相互转移,隔震层的力与水平位移的关系呈现很强的非线性关系。根据该种隔震结构不同类型支座间轴力在地震过程中相互转移的特点,给出并联基础隔震体系考虑轴力相互转移的隔震层恢复力模型,提出一种基于SIMULINK环境下对并联基础隔震体系考虑支座轴力相互转移进行仿真计算分析的新方法。工程实例计算结果表明,考虑支座承受的竖向荷载变化时,隔震层最大水平位移比不考虑支座竖向承载力变化时有所下降,支座竖向承载力变化所引起的附加摩擦力已经成为一个不能忽视的因素。     

基础隔震结构在彭州妇幼医院工程中的设计应用

彭州妇幼医院采用基础橡胶隔震支座结构体系,上部结构为多层框架结构.本文介绍了该工程基础隔震结构的设计过程,应用MIDAS有限元分析软件,分别进行了基础隔震结构与非隔震结构的地震反应时程分析,对基础隔震结构与非隔震结构在同一地震作用下的周期、楼层剪力、层间位移、和层间加速度进行比较分析.通过比较分析表明,基础隔震结构的地...     

云南昆明博物馆新馆基础隔震结构楼层谱分析

云南昆明博物馆新馆位于高烈度区,采用铅芯叠层橡胶隔震支座及普通叠层橡胶隔震支座组合基础隔震体系.由于结构内部附属结构物在大震甚至中小震作用下可能发生损坏,造成巨大损失,为此,采用楼层反应谱来分析附属结构物在地震作用下的反应和抗震性能.通过建立主结构分别为基础隔震与基础固定的三维有限元模型,应用基于加速度时程输入的时程分...     

高烈度地震区建筑隔震方法设计与分析

基于高烈度地震区建筑隔震方法设计与分析,以某一钢筋混凝土框架结构为例,通过有限元分析软件ETABS对采用橡胶支座的减隔震技术进行动力分析,并对时程分析结果进行比较,结果表明:与抗震框架结构相比,底层隔震框架结构的周期延长,层剪力、位移、底层轴力均变小,从理论上验证采用隔震支座能有效地减小地震荷载对结构的不利影响,提高结构的安全性。