隔震技术在高层建筑中的应用初探

高层建筑固有的自振周期较长,从反应谱曲线观察,采用隔震技术继续延长周期似乎减震作用不明显。针对这个问题,以某高层结构隔震设计为例,通过合理调控隔震层的刚度等方法,达到了满意的隔震效果,印证了隔震技术在高层建筑中应用的可行性。     

低造价天然橡胶垫隔震层抗震设计研究

建筑隔震的概念是清晰的,通过建筑的隔震层使上部结构的自振周期延长,减少结构的水平地震作用.目前国内外对城市建筑所采用的隔震装置基本都是由天然橡胶隔震垫构成的隔震层,大都采用直径400mm、500mm及以上的天然橡胶隔震垫.由于大直径的天然橡胶隔震垫造价高,多用在办公、医院等公共建筑中.而对于体量小、层数少的村镇建筑则显...     

基础隔震结构隔震层水平性能设计研究

对于基础隔震结构,隔震层的水平刚度和阻尼比是其减震效率的关键因素。以成都博物馆为工程实例,以试验得到橡胶隔震支座的力学性能参数为基础,建立隔震与非隔震结构有限元计算模型。在多遇地震作用工况下和罕遇地震作用工况下,隔震层水平刚度在0.25～2.0倍实际工程隔震层水平刚度范围内,阻尼比在5%～30%范围内,对比分析结构层加速度、总剪力及总倾覆力矩的减震效率变化趋势,以及减震效率与隔震层水平刚度和阻尼比之间的对应关系。基于对比分析结果,对采用叠层橡胶支座的基础隔震结构,提出了不同隔震目标下隔震层水平刚度和阻尼比的建议取值范围。     

基础隔震在框架结构设计中的应用

随着隔震技术在地震高烈度地区的应用越来越广泛,对隔震结构的合理设计方法及流程化的重要性逐渐凸显。通过隔震建筑和不隔震建筑的抗震效果比较,表明隔震结构采用橡胶垫隔震支座时具有明显的隔震效果。采用基础隔震技术后,建筑物的自振周期得到了有效地延长,使隔震建筑的自振周期远离场地的特征周期,从而避开地震主要携能频带,能使结构在大震作用下仍处于弹性工作阶段。增设隔震装置后,结构第一振型起决定性作用,而第一振型中的各楼层层间剪力很小,所以楼层的相对错移很小,因此可大大减少抗震措施,降低造价。采用隔震技术后将大大减少地震给建筑物带来的损失,带来了巨大的经济效益和社会效益。隔震结构的设计内容包括隔震目标的确定、上部结构设计、隔震层设计、隔震层验算、构造措施、经济性论证等诸多方面。     

摩擦摆隔震层的瞬时偏心与扭转反应分析

摩擦摆隔震技术具有隔震周期与上部建筑的自重无关、自带摩擦耗能能力、隔震层没有初始偏心等优点,正逐渐被我国工程界所接受.但是,由于摩擦摆支座的水平刚度与其所受竖向力成比例,上部结构在水平地震作用下产生的倾覆力矩会使摩擦摆支座的竖向力发生变化,从而导致隔震层刚度中心偏移并可能使隔震层发生扭转.以一个摩擦摆隔震原型建筑的地震...     

乌鲁木齐某中学隔震结构设计与分析北大核心

结构中设置柔性隔震层可以延长整个结构体系的自振周期,增大阻尼,减少输入上部结构的水平地震作用,提高建筑物的抗震性能。以乌鲁木齐市某中学食堂为例,在ETABS模型与PKPM模型一致的情况下,用ETABS软件对结构进行隔震设计与地震反应分析。结果表明:通过合理选取和布置隔震支座,此结构自振周期延长近4倍,层间剪力约为非隔震结构的1/3。设计上部结构时,设防烈度可从8度0.2 g降至7度0.15 g,并且隔震层的最大位移也在规定范围内,隔震效果明显。     

隔震支座水平刚度变化对隔震效果的影响分析

隔震结构的水平刚度近似取隔震层的刚度,因此,隔震支座的水平等效刚度直接影响隔震效果。采用有限元结构分析软件SAP2000,建立5组不同支座刚度的隔震结构分析模型,分析模型在多遇地震和罕遇地震作用下的地震响应,对比不同支座刚度下隔震结构的自振周期、基底剪力、支座位移、顶层加速度以及层间位移的变化情况。研究结果表明:隔震支座水平刚度的变化对结构的自振周期、基底剪力、支座位移、顶层加速度以及层间位移均有较大影响,合理选取支座刚度,从而取得更好的隔震效果。     

近场脉冲型地震下层间隔震减震分析与层间混合隔震控制

层间隔震的隔震层下部结构类似于抗震体系,其在近场脉冲型地震下易产生弹塑性变形,且隔震层易发生过大变形而导致其上部结构倾覆失稳,这些不利影响需深入探讨。本文对比分析在有、无速度脉冲型地震激励下层间隔震结构的弹性和弹塑性反应,探讨速度脉冲对隔震层变形、隔震结构塑性铰分布所产生的影响,提出在隔震层增设粘滞阻尼器形成层间混合隔震方案,分析其对隔震层的限位保护效果及其对隔震结构非线性反应的减震效果。结果表明:在有速度脉冲型近场地震作用下,隔震层下部结构的峰值层间剪力与峰值层间位移角比原抗震结构有不同程度的增大,隔震层最大变形比无速度脉冲型地震下的最大变形有显著增加,远超越了隔震支座容许变形值。层间混合隔震能有效控制隔震层上部结构、下部结构的非线性地震反应与隔震层最大变形,避免隔震支座破坏而导致上部结构倾覆失稳倒塌。     

基于SAP2000某教学楼隔震分析

根据隔震理论,结合SAP2000软件对某工程进行了隔震设计。通过对工程的分析,得出:1)隔震后,结构的自振周期变大,地震作用大大降低;2)隔震后,由于结构的水平位移集中在隔震层,使得基底剪力、层间加速度大大降低;3)纵向地震作用下的隔震效果要优于横向地震作用;4)隔震后,上部结构抗震设防烈度可按降一度设计。     

三维隔震振动台试验研究

震中大分量水平与竖向地震作用导致大量建筑结构破坏。目前,隔震系统仅能减小水平地震作用,而三维隔震系统可有效控制结构的竖向和水平反应而减轻地震灾害。由于三维隔震系统竖向和水平自振频率低,三维地震作用下,结构摇摆反应难以控制。为解决这一难题,设计了一种新型的三维隔震系统,该系统包括水平隔震层和竖向隔震层,抗摇摆装置安装在竖向隔震层中用于控制结构摇摆反应。为验证该三维隔震系统性能,对二层钢框架结构模型进行了振动台试验研究。振动台试验结果表明,三维隔震技术能有效减小上部结构响应,并大大提高建筑结构的抗震安全性。     

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。     

隔震结构动力分析与优化

经过多次地震证明隔震结构能够极大的降低地震作用,工程界对隔震结构研究越来越多,但主要集中在隔震支座新形式及高层隔震应用上,而对多层常规隔震设计问题关注较少。文中通过对一则多层隔震框架结构的分析发现:多层结构支座型号选用主要由大震隔震层位移确定;当支座拉力较大时,建议优先采用调整地上柱网或隔震层转换等常规设计手段避免或降低支座拉力,常规设计手段无法解决时再采用抗拉装置或其他高抗拉支座。     

9度区高层建筑大底盘多塔层间隔震设计

某高层建筑住宅位于9度区近断层,经方案比选采用大底盘多塔层间隔震技术。按分部设计法计算,分析结果表明,对隔震支座及抗拉装置布置合理、各设计指标均能满足要求的多塔层间隔震结构,结构自振周期能明显延长,上部结构自振抗震性能显著提高,结构安全、建筑品质及经济性能协调统一。     

基于PKPM-GZ的一体化隔震结构设计中竖向地震作用研究与应用

隔震结构设计中，通过设置隔震层延长结构自振周期，降低场地中水平地震能量输入到隔震层上部结构，从而提高结构抵抗水平地震作用的能力。隔震层不能隔离竖向地震，这种水平隔震而竖向不隔震的特点，在基于《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408-2021)的隔震层、上部结构一体化直接设计方法中关于地震作用计算及抗震措施又会带来新的问题，实际工程应用中令结构设计师容易产生疑惑。将结合笔者在PKPM-GZ软件研发、咨询及实际工程应用中的思考和总结，对隔震结构设计中与竖向地震作用相关的几个典型问题进行研究和探讨，希望给结构设计师在类似的隔震结构项目设计与审查应用中带来参考。     

支架设备串联隔震振动台试验研究

针对支架-设备串联隔震体系,设计了适用于支架-设备串联体系的隔震装置,该装置在水平向的刚度较小,而竖向的刚度较大,能够抵抗上部电气设备在隔震层产生的倾覆力矩。然后制作支架-设备串联隔震体系试验模型,进行扫频振动台试验。试验结果表明,该支架-设备串联体系隔震装置能延长串联体系的自振周期,有效地减小上部结构的响应,显示出良好的隔震性能,同时该装置无摇摆现象,能够抵御上部电气设备在隔震层产生的倾覆力矩,具有良好的稳定性。     

带抗拉装置高层隔震结构振动台试验研究

西昌（9度区）某高层基础隔震结构,其上部为框架-核心筒结构,总高度为58.3m（不计入隔震层）,隔震层采用铅芯橡胶隔震支座。为研究该隔震结构的抗震性能及检验带抗拉装置隔震支座的有效性,进行了缩尺比为1/15模型的模拟地震振动台试验。结果表明,隔震层降低了上部结构的加速度反应,隔震层上加速度放大系数小于0.5,可满足抗震设防烈度降低一度的设计目标;隔震结构的位移集中在隔震层,上部结构的层间位移较小,层间位移角满足规范层间位移角限值要求;隔震层力-位移滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力。罕遇地震作用下,支座出现拉应力,说明隔震结构在高烈度地震作用下存在倾覆的可能性。对角部隔震支座加装抗拉装置后,再次进行振动台试验,结果表明,抗拉装置不会对结构水平向动力特性及支座在正常受压状态下的竖向运动和水平向运动产生显著影响,通过对比证明了其在隔震支座受拉情况下提供的有效抗拉作用。     

隔震结构现场动力特性测试

已建成的隔震建筑，其结构的动力特性不可调节且缺乏自适应的控制能力，进行现场结构的动力特性测试具有重要意义。现场测试2栋4层隔震教学楼，介绍了试验装置、方法步骤及所得结果，并与同非隔震结构进行数值对比，获得实际隔震结构响应规律和结构特性。测试首先用液压千斤顶使隔震层产生水平初位移(对应隔震支座剪应变超过100%),液压千斤顶瞬间卸载使建筑物做自由振动；最后进行测试和分析。结果表明：水平初位移条件下，隔震结构动力特性主要体现在一阶自振周期，其比非隔震结构延长，阻尼比增大；隔震层滞回曲线饱满；各楼层动力响应控制效果明显；隔震层具有瞬间复位特性。测试结果可为检验隔震结构的抗震性能提供重要参考。     

玉溪公租房隔震设计

玉溪公租房高度为94.7m,最大高宽比为3.96。上部结构为剪力墙结构,设计时采用布置长剪力墙的方法,有效提高了上部结构刚度,结构自振周期减小到1.536s,同时隔震层布置剪切模量较低的隔震橡胶支座,隔震后结构自振周期延长至4.412s。隔震层设计成框支层,隔震支墩分布均匀,隔震橡胶支座压应力更加均匀,提高了隔震橡胶支座的使用效率,也提高了地下室结构柱网的规则性,提升了地下室的使用功能。通过采用直径1 000mm及以上隔震橡胶支座,提高了隔震设计的可靠度。使用三向地震动输入进行隔震分析,实现将上部结构水平地震作用降低50%的效果,各项指标均满足规范要求。通过插值法计算最小地震剪力系数,使得结构经济性进一步得到优化。     

隔震层刚度对摩擦滑移结构地震反应的影响

为研究隔震层刚度对基础隔震结构隔震情况的影响,以寻求最优隔震层刚度。在一多层简单钢筋混凝土框架结构的基底设置摩擦系数为0.05的摩擦滑移隔震钢板,采用SAP2000建模和分析。比较了首层柱子底部做成刚性底板与否的隔震情况,也比较了在不同隔震层刚度下结构的隔震情况。研究结果表明:设有刚性底板的隔震结构能有效控制基底最大滑移量。所选结构在隔震层刚度为2 000 kN/m时隔震效果最佳,降低了结构在地震中的峰值反应如自振周期、层间位移、层间剪力和加速度反应,某些减震率甚至超过90%。     

隔震结构的基本特性和减震机理探讨

隔震结构指在建筑物基础与上部结构之间设置隔震层,来增大阻尼、延长结构体系的自振周期、减小向上部结构的地震作用输入,达到预期的防震要求。文中对具体工程进行设计和分析,对隔震技术的基本原理、隔震设计、隔震装置等方面作了较全面的论述,并采用有限元模型进行模态分析和非线性时程分析,较深入地研究了隔震结构的基本特性和减震机理。