大跨度空间网架结构屋盖隔震设计研究

。
、
构屋盖隔震和不隔震两种情况下的动力反应进行
: 件内力明显地减小，但柱顶位移有所增大，对隔 震层下部结构的不利影响。
本文以实际工程为例，采用简化后的力学模 型，对屋盖隔震结构进行理论分析，以基底剪力
最小为目标“确定了隔震层的最优参数。采用最 优隔震参数，建立三维有限元模型，对大跨空间 网架结构进行屋盖隔震设计，分别与非隔震结构 和基础隔震结构进行抗震性能对比研究。研究表 明，在最优隔震参数情况下，隔震层下部部分框 架的层间位移角可能会出现增大现象，在设计中
KX=MlXg 隔震模型在水平地震激励下的基底剪力为F=
mi(Xg+XJ+m(Xg+X?) M, C, K •别为质量矩阵，阻尼矩阵，
刚度矩阵，I为位置向量，X , X, X为相应的结构
水平向的位移、速度、加速度响应。M= m 0 , 0 m.
K= kk^+k 一1 , i= 1 ,(釆用 Rayleigh 阻尼计算。 -k k \ 11 为验证质点模型正确性，在同一地震动
大跨度空间网架结构屋盖隔震设计研究
贾霞霞打沈朝勇2,黄襄云X 2,黎静阳1
(1.广州大学工程抗震研究中心，广州510405； 2.广东省地震工程与应用技术重点实验室,广州510405)
摘要：针对大跨度空间网架屋盖隔震结构响应的问题，采用简化后的质点力学模型，对其进行理论研究,分
析质量比、刚度比、阻尼比对屋盖隔震结构地震响应的影响，以基底剪力最小为原则确定隔震层的最优参数。
4.3 m)
(- 21.925 m)
。
II
,
7t
(0.15g),
《
》(GB 50011­
2010)
。
应分析时，地震动记录选取的越多，地震动的不
确定性就能得到充分的考虑。本文选择了 12条满 足要求的地震动记录，对结构进行弹塑性分析，
2。
(a)整体结构7K意图
(b)侧视图 图1结构示意图 Fig.1 Schematic diagram of space truss
时不容忽视，应适当加强。
关键词：屋盖隔震；隔震设计优化；地震响应
中图分类号：TU352.12
文献标志码：A
文章编号：1001-8662(2021)01-00123-09
DOI： 10.13512/j.hndz.2021.01.17
Study on Roof Isolation Design of Long Span Space Grid Structure
TCU076-E (SAP2000)
,见表 1。
1 计算结果趋势基本一致袁且误差不超过20% ,两 质点模型的计算结果具有合理性。
2.2动力分析
图3屋盖隔震结构质点体系模型 Fig.3 Particle system model of roof isolation structure
将上部网架结构质量集中于屋盖所在位置m , 为 1.692x105 kg。k2：
response spectra
2屋盖隔震分析
2.1质点模型
对于大跨度空间网架屋盖隔震结构，为便于
采用数值分析方法进行结构地震反应分析，忽略
竖向地震作用，只考虑结构水平方向的主振型，
将整个结构简化为两质点隔震结构动力分析模型,
3
。
认为空间结构在振动过程中网架仅发生整体平移,
。 相同的变形特性，下部框架结构及隔震层各仅有
m, 5.321x106 kg, 分析计算得出的周期T以及提取出的质量m ,根
据T=2仔半
k=
5.933x105 kN/m。d , c2分别为下部框架柱的阻尼
和隔震支座的等效阻尼。Xg为地震时地面的水平
x, X
1、 2
绝对位移。
地震作用下，该结构的动力方程为：MX+CX+
图2地震加速度谱与标准反应谱对比图 Fig.2 Comparison of seismic acceleration spectra with standard
^=0.01-0.5 ,
、F
(
防
)
,
5、 6。
5、6冃
0.025-0.05 戈
曰由表2可
126
膈害巨刚lSF/(kN.
8010 8250 12500 13036 19500 19580 25144 31200 46440 74400 81000 95000
华南地震
表1模型结果对比 Table 1 Comparison of model results
0引言
随着社会的全面发展，建筑科学技术水平的 不断进步以及人类生活的不断改善“规模宏大、
、 。 震反应复杂，一旦发生破坏，将造成巨大的灾害
。 屋盖支撑处设置隔震层，提高结构的抗震能力， 国内外学者对大跨度空间网架屋盖隔震设计开展
。MokhaE等’ 震支座对旧金山国际机场新国际航班换乘站进行 屋盖隔震设计，研究了隔震系统设计参数和上部 结构在不同地震水平下的反应，取得了较好的减
xiao Zhang [11 空间结构进行了振动台试验“研究其抗震性能。 讨论了模型不同高度处的加速度、位移以及构件 处的应变等地震反应。总结了两种双层格构空间 结构的典型破坏模式，并探讨了可能的破坏模式
。 然而，对于大跨度空间网架屋盖隔震结构， 结构的地震响应与基础隔震不同，由于其隔震层 位置较高，可能会导致隔震层下部结构的地震作
Abstract: Aiming at the response of the roof isolated structure with large -span space grid , the simplified particle mechanics model is adopted to analyze the influence of mass ratio stiffness ratio and damping ratio on seismic response of this structure and the optimal parameters of the isolation layer are determined based on the principle of minimum base shear. The corresponding three -dimensional finite element model is established to design the roof isolated structure which is compared with the response of the base isolated structure and the non-isolated structure respectively. The results show that the axial force and the shear force at the support of the upper grid structure can be significantly reduced due to the isolation layer is directly located at the support of the roof , and the base shear force of the structure and the flexural span ratio of roof are also reduced. For the lower frame structure the story drift ratio is reduced in part of the frame near the isolation layer but increased
JIA Xiaxia1 , SHEN Chaoyong1，2 , HUANG Xiangyun1，2 , LI Jingyang1
(1. Earthquake Engineering Research &Test Center, Guangzhou University, Guangzhou 510405 , China； 2. Guangdong Provincial Key Laboratory of Earthquake Engineering and Applied Technology, Guangzhou 510405 China)
第1期
贾霞霞等:大跨度空间网架结构屋盖隔震设计研究
125
——反应谱
—TCU076-E —GBZOOO —HBS090 —CHY027E —TCU145W ——HVP090 —TCU042-E —H-E05140 —H-CAL225 —A-IVW090 —H-NIL360 —RH2TG040
隔震支座的水平等效刚度之和。下部框架结构质
第41卷第1期 2021年0ห้องสมุดไป่ตู้月
华南地震 SOUTH CHINA JOURNAL OF SEISMOLOGY
Vol . 41 NO.1 Mar. 2021
贾霞霞,沈朝勇，黄襄云，等.桶度空间网架帥屋盖隔震设计研究[J].华南地震,2021 ,41 (1)：X-XX. [JIA Xiaxia, SHEN Chaoyong , HUANG Xiangyun , et al. Study on Roof Isolation Design of Long Span Space Grid Structure[J]. South China journal of seismology , 2021 , 41(1)： 123-131]
。
、
大跨空间结构“既能保护柱、基础等下部结构,
又能保证屋盖侧移和隔震支座的变形在正常范围
内“极大的提高了大跨空间结构的抗震安全性能。
郭丽娜切等人对某典型的钢结构大跨屋盖进行隔震
设计，通过隔震结构与非隔震结构的地震反应分
: 使结构满足挠度要求，还对屋盖剪力减震效果明
。 地震能量的耗散“减小上部屋盖的振动。Chen-
建立相应的三维有限元模型，对其进行屋盖隔震设计,分别与非隔震和基础隔震结构的响应对比。结果表明：
屋盖隔震结构由于隔震层直接设置在屋盖支撑处，能明显减小上部网架的杆件轴力和支撑处的剪力。虽然其
隔震层位置较高，但对结构的基底剪力和屋盖的挠跨比仍有减震效果；对于下部框架结构，直接与隔震层连
接的框架的层间位移角有所减少，但未直接连接隔震层的较远部分框架的层间位移角略有增大，在结构设计
质点模型 基底剪力/(kN)
15096.68 14906.18 14309.06 14254.78 13519.66 13520.87 14813.68 15288.72 15487.10 15584.78 15565.65 15595.30
。
1工程实例
某国家甲级剧场，为混凝土框架支撑的空间
(1)。
、
上部网架采用纵横向弦杆布置，下部落地区域的
网架弦杆采用环形-竖直走向，环形走向的弦杆形
成环箍“构件内力以轴力为主。为减少屋盖结构
的挠度，下部的框架结构有两根柱伸到顶部支撑
上部屋盖，四层(标高15.125 m)、五层(标高
18.225m)
,
(
收稿日期：2020-11-12 基金项目：国家重点研发计划(2017YFC1500705)资助 作者简介：贾霞霞(1995-),女，硕士研究生，主要从事防灾减灾及防护工程方面的研究。E-mail： 1064344709@ 通信作者：黄襄云(1966-),女，博士，教授，主要从事工程隔震及抗震研究。E-mail: eertchxy@
选取上述12条地震动，采用两质点屋盖隔震 结构动力分析模型袁利用MATLAB对上述工程实 例进行动力时程分析。
结构刚度、
，质量比为m/m=0.001 ~
5,
,
4o
4 增大，下部结构的作用力越小，相应的减震效果
。 本工程上部屋盖结构与下部框架结构的质量
比为3.08% ,考虑刚度比为kjk, =0.0005〜0.3,阻
124
华南地震
41卷
slightly in the other part that not directly connected with the isolation layer , which can not be ignored in the structural design and should be strengthened appropriately. Keywords: Roof isolation； Optimization of isolation design； Seismic response