9_隔震与耗能减震房屋设计
隔震和消能减震设计
隔震和消能减震设计12.1 一般规定12.1.1本章适用于在建筑上部结构与基础之间设置隔震层以隔离地震能量的房屋隔震设计,以及在抗侧力结构中设置消能器吸收与消耗地震能量的房屋消能减震设计。
采用隔震和消能减震设计的建筑结构,应符合本规范第3.8.1条的规定,其抗震设防目标应符合本规范第3.8.2条的规定。
注:1 本章隔震设计指在房屋底部设置的由橡胶隔震支座和阻尼器等部件组成的隔震层,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地震能量,达到预期防震要求。
2 消能减震设计指在房屋结构中设置消能装置,通过其局部变形提供附加阻尼,以消耗输入上部结构的地震能量,达到预期防震要求。
12.1.2建筑结构的隔震设计和消能减震设计,应根据建筑抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求,与采用抗震设计的设计方案进行技术、经济可行性的对比分析,后确定其设计方案。
12.1.3需要减少地震作用的多层砌体和钢筋混凝土框架等结构类型的房屋,采用隔震设计时应符合下列各项要求:1 结构体型基本规则,不隔震时可在两个主轴方向分别采用本规范第5.1.2条规定的底部剪力法进行计算且结构基本周期小于 1.0s;体型复杂结构采用隔震设计,宜通过模型试验后确定。
2 建筑场地宜为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,并应选用稳定性较好的基础类型。
3 风荷载和其他非地震作用的水平荷载标准值产生的总水平力不宜超过结构总重力的10%。
4 隔震层应提供必要的竖向承载力、侧向刚度和阻尼;穿过隔震层的设备配管、配线,应采用柔性连接或其他有效措施适应隔震层的罕遇地震水平位移。
12.1.4需要减少地震水平位移的钢和钢筋混凝土等结构类型的房屋宜采用消能减震设计。
消能部件应对结构提供足够的附加阻尼尚应根据其结构类型分别符合本规范相应章节的设计要求。
12.1.5隔震和消能减震设计时,隔震部件和消能减震部件应符合下列要求:1 隔震部件和消能减震部件的耐久性和设计参数应由试验确定。
隔震与耗能减震房屋设计培训教材(ppt 48页)
武汉理工大学出版社
9.隔震与耗能减震房屋设计
9.1概述 抗震设计:依靠结构的强度、刚度和延性来抵
御地震作用立足于“抗”,是一种消极设计方法 传统抗震方法存在的问题。 (1)结构的安全性难以保证
传统抗震方法以既定的“设防烈度”作为设计 依据,由于地震的随机性,建筑结构的破损程度及 倒塌的可能性难以控制,当发生突发性超烈度地震 时,房屋可能会严重破坏。
世界上使用铅芯橡胶支座中基底面积最大的建筑(日本)。
9.2.3 隔震系统的应用
• 日本1997年度评定的隔震建筑中,采用铅芯橡胶支 座隔震房屋占总数的40%;
• 美国在1985年以后兴建的隔震房屋中,完全或部分 采用铅芯橡胶支座的隔震房屋占总数的60.7%;
• 我国在已建成的隔震房屋中,完全或部分采用铅芯 橡胶支座的隔震房屋占总数的60%。
9.1概述
结构控制的概念:在工程结构的特定部位装设某种
装置(如隔震垫等)、或某种机构(如耗能支撑、耗能
剪力墙、耗能节点、耗能器等)、或某种子结构(如调
频质量等)、或施加外力(外部能量输入)、或调整结
构的动力特性,使工程结构在地震(或风)的作用下,
其结构的动力反应(加速度、速度、位移)得到合理的
控制,从而确保结构本身及结构中的人、仪器设备、装
9.1概述
② 结构自控(耗能减震):通过在结构中优选耗能材 料和耗能杆件,设置多道抗震防线达到耗能减震的目 的。 常见的有:
竖向通缝SW(剪力墙)、周边缝SW、 双功能连梁、带抗震连梁的SW、 顶层为刚性连梁的SW、偏交支撑、 梁端设塑性铰的框架、悬挂式结构、 底层设耗能缝的砖混结构。
9.1概述
震作用,适用范围较广,结构类型和高度均不受 限制; 2. 耗能减震装置应使结构具有足够的附加阻尼,以 满足罕遇地震下预期的结构位移要求; 3. 由于耗能减震结构不改变结构的基本型式,除耗 能部件和相关部件外,结构设计仍可按照《规范》 对相应结构类型的要求执行。
建筑结构的隔震与消能减震分析
性和耐久性等。
03
建筑结构的消能减震设计
消能减震技术的原理
消能减震技术的原理是通过在建筑结构中设置消能减震装置,如阻尼器、隔震支座等,以减小地震作 用对建筑结构的影响。这些装置在地震发生时能够吸收、分散地震能量,从而保护建筑结构的安全。
消能减震技术是一种有效的抗震手段,能够显著提高建筑结构的抗震性能,降低地震对建筑结构造成 的破坏。
消能减震设计的方法
消能减震设计需要结合建筑结构的具体情况,制定针对性的 设计方案。设计方案应包括选择适当的消能减震装置、确定 装置的布置位置、设计装置的参数等。
在进行消能减震设计时,需要考虑建筑结构的地震危险性评 估结果,以确保消能减震装置能够有效应对地震风险。同时 ,还需要进行详细的计算分析,以确定消能减震装置的性能 参数。
基于新结构的研究进展
悬挂结构
悬挂结构通过将建筑结构悬挂于基础之上,以减少地震 作用对建筑结构的影响。这种结构具有较好的隔震效果 ,但需要解决悬挂装置的设计和施工问题。
滑动支座
滑动支座是一种将建筑结构与基础之间设置滑动层的新 型隔震装置,地震时能够有效地减小地震作用对建筑结 构的影响。然而,滑动支座需要解决滑动面的设计和施 工问题,以保证其在地震时的隔震效果。
,减少了地震引起的结构损伤。
05
新型隔震与消能减震技术的研究进展
基于新材料的研究进展
要点一
高分子材料
高分子材料具有优良的隔震性能,目前已被广泛应用于隔 震支座、隔震沟等隔震措施中。其中,橡胶隔震支座具有 优良的竖向承载能力和隔震性能,成为应用最广泛的隔震 支座之一。
要点二
复合材料
浅谈建筑结构设计隔震和消能减震措施
浅谈建筑结构设计隔震和消能减震措施摘要:结合工作实践,对建筑结构设计抗震措施进行了探讨,分别介绍了建筑物不同部位的隔震或消能减震措施,并对结构设计中常见的隔震和消能减震技术作了阐述,指出建筑物结构设计过程中应着重考虑抗震问题,并采取适当的措施。
隔震设计指房屋基础、底部或下部结构与上部结构之间设置由橡胶隔震支座和阻尼装置等部件组成具有整体复位功能的隔震层,以延长整个结构体系的自振周期,减少输入上部结构的水平地震作用,达到预期防震要求;消能减震设计指在房屋结构中设置消能器,通过消能器的相对变形和相对速度提供附加阻尼,以消耗输入结构的地震能量,达预期防震减震要求。
关键词:建筑结构设计隔震消能减震引言建筑结构设计中是否充分考虑抗震问题、是否合理的运用了相关的抗震措施是事关人民生命财产安全的重要问题,关于建筑物抗震问题的研究也有相当长的一段历史,从世界建筑设计领域和我国建筑设计领域来看,均取得了一定的成效,但是在我国连续发生四川汶川地震、玉树地震等地质灾害以后,人们更加注重建筑物的抗震设计。
一直以来,我们在建筑设计中有关抗震都是坚持了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的原则,虽然设计方面在抗震方面也采取了很多措施,但是,由于各种原因,还是不可避免的出现了在地震中因为建筑结构方面的问题而给人们带来巨大损失的例子,分析原因,最主要的就是施工人员从思想上不够重视,存在侥幸心理,偷工减料,私自修改设计方案,没有真正将抗震措施落到实处。
在这里,我们对建筑设计中抗震的基本类型、主要措施结合具体实践经验进行研究,以期和同仁交流学习。
1、建筑结构的主要隔震措施建筑物的抗震设计中,我们通常是对地基进行特殊处理、设置抗震装置、对建筑的上部结构进行防震设计,这几种措施通常是混合使用的,但是我们结合地震构造特点及建筑物本身结构,会有侧重的在关键部位设置隔震层,依据隔震层的位置不同我们把建筑物的隔震设计分为以下几种。
1.1建筑物地基采用特殊材料隔震建筑物基础隔震,主要是对建筑物的基础部分进行特殊处理,削弱地震时的地震波,从而减少地震对建筑物的损害。
隔震和消能减震设计
12 隔震和消能减震设计12.1 一般规定12.1.1本章适用于设置隔震层以隔离水平地震动的房屋隔震设计,以及设置消能部件吸收与消耗地震能量的房屋消能减震设计。
采用隔震和消能减震设计的建筑结构,应符合本规范第3.8.1条的规定,其抗震设防目标应符合本规范第3.8.2条的规定。
注:1,本章隔震设计指在房屋基础、底部或下部结构与上部结构之间设置由橡胶隔震支座和阻尼装置等部件组成具有整体复位功能的隔震层,以延长整个结构体系的自振周期,减少输入上部结构的水平地震作用,达到预期防震要求。
2,消能减震设计指在房屋结构中设置消能器,通过消能器的相对变形和相对速度提供附加阻尼,以消耗输入结构的地震能量,达到预期防震减震要求。
12.1.2建筑结构隔震设计和消能减震设计确定设计方案时,除应符合本规范第3.5.1条的规定外,尚应与采用抗震设计的方案进行对比分析。
12.1.3建筑结构采用隔震设计时应符合下列各项要求:1,结构高宽比宜小于4,且不应大于相关规范规程对非隔震结构的具体规定,其变形特征接近剪切变形,最大高度应满足本规范非隔震结构的要求;高宽比大于4或非隔震结构相关规定的结构采用隔震设计时,应进行专门研究。
2,建筑场地宜为I、Ⅱ、Ⅲ类,并应选用稳定性较好的基础类型。
3,风荷载和其他非地震作用的水平荷载标准值产生的总水平力不宜超过结构总重力的10%。
4,隔震层应提供必要的竖向承载力、侧向刚度和阻尼;穿过隔震层的设备配管、配线,应采用柔性连接或其他有效措施以适应隔震层的罕遇地震水平位移。
12.1.4消能减震设计可用于钢、钢筋混凝土、钢-混凝土混合等结构类型的房屋。
消能部件应对结构提供足够的附加阻尼,尚应根据其结构类型分别符合本规范相应章节的设计要求。
12.1.5隔震和消能减震设计时,隔震装置和消能部件应符合下列要求:1,隔震装置和消能部件的性能参数应经试验确定。
2,隔震装置和消能部件的设置部位,应采取便于检查和替换的措施。
隔震与消能减震设计简介
抗震结构 隔震结构 消能减震结构 一.抗震结构 利用结构各构件的承载力和变形能力抵御地震作用, 利用结构各构件的承载力和变形能力抵御地震作用, 吸收地震能量。 吸收地震能量。 立足于“抗”。 立足于“ 二.隔震结构 在建筑物上部结构与基础之间设置滑移层, 在建筑物上部结构与基础之间设置滑移层,阻止地 震能量向上传递。 震能量向上传递。 立足于“ 立足于“隔”。
柔性层隔震结构( first柔性层隔震结构(Flexible first-story building) 柔性层结构隔震概念由Martel在1929年提出,由Green(1935年)和 Jacobasen(1938年)进一步加以研究与完善;下图是真岛健三郎于1934年的 柔性层结构。地震时,柔性层进入塑性,结构的刚度变小,结构的基本周 期延长,从而导致上部结构所受的地震作用减小。
中南加州大学医院(隔震结构) 中南加州大学医院(隔震结构)
橄榄景医院(抗震结构) 橄榄景医院(抗震结构)
中南加州大学医院 地下一层,地上7 地下一层,地上7层,建筑面积:33000平方米;占地:4100平米; 建筑面积:33000平方米;占地:4100平米; 平方米 平米 最高高度:36。0m;铅芯多层橡胶隔震器68 68Байду номын сангаас 多层橡胶隔震器81 81个 最高高度:36。0m;铅芯多层橡胶隔震器68个,多层橡胶隔震器81个。
为达到明显减震效果,通常基础隔震系统需具备以下四种特性: 为达到明显减震效果,通常基础隔震系统需具备以下四种特性: 承载特性:具有足够的竖向强度和刚度以支撑上部结构的重量; (1)承载特性:具有足够的竖向强度和刚度以支撑上部结构的重量; 隔震特性:具有足够的水平初始刚度,在风载和小震作用下, (2)隔震特性:具有足够的水平初始刚度,在风载和小震作用下,体系能保持 在弹性范围内,满足正常使用的要求,而中强地震时, 在弹性范围内,满足正常使用的要求,而中强地震时,其水平 刚度较小,结构为柔性隔震结构体系; 刚度较小,结构为柔性隔震结构体系; 复位特性:地震后,上部结构能回复到初始状态,满足正常的使用要求。 (3)复位特性:地震后,上部结构能回复到初始状态,满足正常的使用要求。 耗能特性:隔震系统本身具有较大的阻尼,地震时能耗散足够的能量, (4)耗能特性:隔震系统本身具有较大的阻尼,地震时能耗散足够的能量,从 而降低上部结构所吸收的地震能量。 而降低上部结构所吸收的地震能量。
新《减震抗震设计规范》中的隔震与消能减震资料
新《减震抗震设计规范》中的隔震与消能减震资料3、隔震和消能减震设计的主要优点隔震体系能够减小结构的水平地震作用,已被理论和国外强震记录所证实。
国内外的大量试验和工程经验表明:“隔震”一般可使结构的水平地震作用降低60%左右,从而消除或有效地减轻结构和非结构的地震损坏,提高建筑物及其内部设施、人员在地震时的安全性,增加震后建筑物继续使用的能力。
采用消能方案可以减少结构在风作用下的位移已是公认的事实,对减少结构水平和竖向地震反应也是有效的。
4、隔震和消能减震设计的适用范围1)、隔震设计的适用范围规范12.1.3条对隔震结构提出了一些使用要求。
根据研究:隔震结构主要用于体型基本规则的低层和多层建筑结构。
日本和美国的经验表明,不隔震时基本周期小于1.0秒的建筑结构减震效果与经济性均最好,对于高层建筑效果较差。
国外对隔震建筑工程的较多考察资料表明:硬土场地较适合于隔震建筑;软弱场地滤掉了地震波的中高频分量,延长结构的周期有可能增大而不是减小其地震反应。
墨西哥地震就是一个典型的例子。
日本“隔震结构设计技术标准”(草案)规定,隔震建筑适用于一、二类场地。
我国Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地的反应谱周期均较小,故都可建造隔震建筑。
隔震设计中对风荷载和其他非地震作用的水平荷载给予一些限制(规范12.1.3条3款)是为了保证隔震结构具有可靠的抗倾覆能力。
就使用功能而论,隔震结构可用于:医院、银行、保险、通讯、警察、消防、电力等重要建筑;首脑机关、指挥中心以及放置贵重设备、物品的房屋;图书馆和纪念性建筑;一般工业与民用建筑;建筑物的抗震加固。
2)、消能设计的适用范围消能部件的置入,不改变主体承载结构的体系,又可减少结构的水平和竖向地震作用,不受结构类型和高度的限制,在新建和建筑抗震加固中均可采用。
二、隔震与消能减震设计要求1、设计方案建筑结构的隔震和消能减震设计,应根据建筑抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求,与建筑抗震设计的设计方案进行技术、经济可行性的对比分析后,确定其设计方案。
隔震与消能减震设计
的具体规定,其变形特征接近剪切变形,最大高度应满足《抗震规范》 非隔震结构的要求;高宽比大于4或非隔震结构相关规定的结构采用隔 震设计时,应进行专门研究。 • (2)建筑场地宜为I、II、IQ类,并应选用稳定性较好的基础类型。
• 最后,需要说明的是:在我国目前的建设中,隔震、消能减震技术 的主要使用范围是可增加投资来提高抗震安全的建筑,除了重要机关、 医院等地震时不能中断使用的建筑外,一般建筑经方案论证后也可使 用,即可用于投资方愿意通过投资来提高安全要求的建筑。
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第二节隔震与消能减震建筑结构设计的 一般规定
• 建筑结构隔震设计和消能减震设计确定设计方案时,除应符合现行 《抗震规范》对一般建筑物抗震设防要求的规定外,尚应与采用抗震 设计的方案进行对比分析。
• 消能减震是通过在结构物某些部位(如支撑、剪力墙、节点、连接缝 或连接件、主附结构件等)设置消能部件(由消能器、连接支撑等组成), 通过消能装置产生摩擦弯曲(或剪切、扭转)等变形,来消散或吸收地 震输入结构中的能量,以消耗输入到上部结构的地震能量、减小主体 结构的地震反应,从而避免结构产生破坏或倒塌,达到预期的防震要 求,工作原理如图9-5所示。图9-6为某些工程中应用的消能减震装置。
第三节隔震房屋设计要点
• ③橡胶隔震支座在重力荷载代表值作用下的竖向压应力,不应超过 表9-1的规定。
• (4)隔震层的布置、竖向承载力、侧向刚度和阻尼,应符合下列规定: • ①隔震层宜设置在结构的底部或下部,其橡胶隔震支座应设置在受
力较大的位置,间距不宜过大,其规格、数量和分布应根据竖向承载 力、侧向刚度和阻尼的要求,通过计算确定。隔震层在罕遇地震下应 保持稳定,不宜出现不可恢复的变形;其橡胶支座在罕遇地震的 • 水平和竖向地震同时作用下,拉应力不应大于1 MPa • ②隔震层的水平动刚度和等效茹滞阻尼比,可按下列公式确定:
第九章隔震减震房屋设计
5.结构的隔震措施 :
③丙类建筑隔震后上部砌体结构的抗震构造措施应符合下列
要求:承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离及圈梁的截面和配
筋构造,仍应符合第四章的有关规定;多层浇结普通粘土砖和
浇结多孔粘土砖房屋的钢筋混凝土构造柱设置,水平向减震系
数为0.75时,仍应符合表5-9的规定;7~9度,水平向减震系数
能部件或在结构物的某些部位(节点或连接处)装设一些耗能 阻尼器,如金属阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器等,通 过耗能材料的摩擦、变形或粘性液体的流动等引起的能量耗 散来消耗结构的振动能量。在风载和小震作用下,耗能部件 或阻尼器处于弹性状态,结构体系的抗侧移刚度足以满足正 常使用要求;在强震作用下,耗能部件或阻尼器率先进入非 弹性状态,耗散大部分地面运动传递给结构的能量,同时对 于耗能支撑,其软化使结构体系的自振周期加长,降低了动 力反应,从而保护主体结构在强震中免遭破坏或产生较大的 变形,通常称之为耗(消)能减震,也可看作是增加结构阻尼 的方法。
常用的隔震器有叠层橡胶支座、滑(转动)支座和螺旋 弹簧支座。叠层橡胶支座又包括普通叠层橡胶支座、铅芯 叠层橡胶支座和高阻尼叠层橡胶支座。滑(转动)支座有普 通滑动支座、回弹滑动支座和曲面滑动支座。常用的阻尼 器有弹塑性阻尼器、粘性阻尼器、油阻尼器和干摩擦阻尼 器等。
根据隔震器和阻尼器等的不同,常将基础隔震装置分 为以下三种隔震体系:
隔震层的水平动刚度和等效粘滞阻尼比可按下列公式计算:
Kh=∑Kj ζeq=∑Kj ζj / Kh
式中 ζj——j隔震支座由试验确定的等效粘滞阻尼比,单 独设置的阻尼器时,应包括该阻尼器的相应 阻尼比;
Kj——j隔震支座(含阻尼器)由试验确定的水平动刚 度,当试验发现动刚度与加载频率有关时,宜 取相应于隔震体系基本自振周期的动刚度值;
9_隔震与耗能减震房屋设计
不倒翁式(伊朗)隔震房屋。该房屋顶面半径显 著大于底面半径,能起提供复位力的作用。
9.2 耗能减震结构 在结构中的某些部位设置消能装置,通过消能装
置耗散或吸收地震能量,从而减小主体结构地震 反应。
1.耗能装置 (1)调频质量阻尼装置—由质量、弹性元件和阻尼
器构成的振动系统,将其安装在结构上,结构振 动时引起该系统的共振,由此产生的惯性力反作 用于结构,起到减小结构振动反应的作用。 (2)调频液体阻尼装置—由具有一定形状的盛液容 器构成,液体晃动时,液体对容器箱壁产生动压 力,同时液体晃动产生阻尼吸收一部分能量。
被动控制——不需要外部能源输入提供控制力, 控制过程不依赖于结构反应和外界干扰信息的控 制方法。
主动控制——需要外部能源输人提供控制力,控 制过程依赖于结构反应信息或外界干扰信息的控 制方法。
被动控制的常用手段:基础隔震、耗能减震、吸 振减震。
目前,基础隔震应用与工程;减震、吸振处于研 究、探索并部分应用于工程实践的时期。
下、散乱。而且水管破裂,各层浸水,建筑物不 能使用,完全丧失了医院的功能。 一九九四年九月十六日,台湾海峡发生了7.3级地 震,震源距离汕头市约200公里,汕头市烈度为6 度,各类房屋摇晃厉害,居民惊惶失措,水桶里
的水溅出了1/3左右……而陵海路隔震楼上的人并 没有感到晃动,听到毗邻楼房和邻街喧闹声后下 楼才知道发生了地震。
m0 x c0 x k0 x c1v k1v m0 xg
m1 x v c1v k1v m1xg
v x1 x
m0 --主体结构质量 c0 --阻尼系数
k0 --刚度
m1 c1 k1 --附加子结构质量、阻尼系数、刚度
地震动含有多种频率 分量,结构系统也必 然是有阻尼系统
建筑结构设计隔震和消能减震措施解析
108YAN JIUJIAN SHE建筑结构设计隔震和消能减震措施解析Jian zhu jie gou she ji ge zhenhe xiao neng jian zhen cuo shi jie xi张生宁近年来,我国各地区自然灾害频繁发生已经成为了政府及其关注的民生问题,尤其是地震的发生严重的造成人身财产安全以及社会经济安全。
典型的案例唐山大地震和汶川大地震,造成了多大的经济灾害,多少人流离失所,妻离子散。
所以随着这些地震灾害的频发,我国工程建筑方面对抗震功能的重视也提升到了新的高度,现在建筑结构设计对于地震的防范措施越来越规范和严格,目的就是要通过不同的结构进行抗震灾害。
本文针对建筑结构设计中做好对抗震和减震的工作,为了有效的提升建筑物的抗震效果,针对于建筑结构设计中隔震的措施以及消能减震的技术解析,以供参考。
近些年来,地震的发生对我国地区经济以及人民生命财产安全受到了直接的灾害,所以在建筑建设中对于抗震的要求也成了现在建筑施工中重点规划的课题,在建筑设计中合理的规划设计抗震问题,合理的运用抗震原理进行设计规划,尽量减少或者阻止地震对我国人身安全以至于城市建设的威胁。
针对现阶段的统计来看,我国建筑结构设计以隔震和消能减震的措施占据很大的部分并且在逐年增加,所以本文对于建筑结构设计隔震和消能减震措施进行研究和分析。
一、建筑结构隔震减震概述隔震也就是隔离地震,在建筑物的基底或者是某个特定的位置设置隔震装置隔离或者耗散地震能量,用来避免或者减少地震能量向上部结构的传输,减轻结构震动的反应,建筑物只发生轻微的震动和变性从而保障地震来临时对建筑物的伤害,保证人身财产安全。
这种技术被美国地震专家称为“进40年来世界地震工程中最重要的成果之一”。
近年来高层建筑中广泛的应用了隔震技术,尤其是汶川地震之后,隔震技术使用的橡胶材料已经成为了世界研究以及应用的主要思考对象,已经被多数国家广泛应用,我国云南昆明、思茅、临沧等很多城市的高层建筑也都广泛的应用了这种技术及材料。
高烈度地震区结构隔震和消能减震设计
高烈度地震区结构隔震和消能减震设计摘要:在高烈度地震区,地震频发,建筑必须要做好有效的抗震措施。
其中隔震减震设计能够很好的降低地震造成的破坏,有效保护建筑结构。
关键词:隔震;减震;概念;优势;应用1 前言地震是一种突发性的、严重危害人类生命和财产安全的自然灾害。
近年来,全球范围内发生了多次未预测到的大地震,例如前几年的汶川、海地地震,破坏力之大,震惊世界。
2 隔震及消能减震设计可行性及必要性分析通常作为公建的高层建筑一般采用框架剪力墙结构,在高烈度地震区如按传统方法设计,需加大框架、剪力墙截面尺寸和数量,来抵抗较大的地震作用。
这样的设计,增加了结构本身的质量和刚度,地震作用相应加大,结构层间剪力及位移将大幅度增加,且很多构件有超筋现象发生,抗震性能不佳,较难满足规范要求,也会影响建筑的正常使用功能。
《抗规》提供的隔震及消能减震(以下简称减震)抗震设计理论,主旨是“柔”———以柔克刚,用隔震减震构件的变形来消耗地震作用所产生的能量。
这样,上部结构承受地震作用减小,结构层间剪力及位移也相应减少,较易满足现有规范要求,抗震性能得到提高,这是抗震设计理论的新发展。
目前,隔震与减震技术已在许多地震频发的国家与地区得到广泛的应用,如日本新建筑几乎都要采用隔减震技术。
有关国家对隔减震技术进行了深入的研究,积累了相当多的工程实践经验,并制定了隔减震技术设计指南或设计规程。
我国2010版《抗规》也对隔减震有关规定进行了修订,为高烈度地震区采用隔减震技术提供了更广泛的空间。
根据国内外隔减震技术研究和工程实践经验,可认为隔震及减震技术是减轻建筑物地震灾害的有效技术。
3 隔震和消能减震3.1 隔震结构“隔震”即隔离地震。
在建筑物上部结构与基础之间以及上部建筑层间设置的隔震层能隔离地震能量向上部传递,降低上部结构的地震作用,达到预期的防震要求,使建筑物的安全得到可靠保证。
隔震系统是在建筑物基础与上部建筑结构间或上部建筑层间设置隔震装置(或系统)形成隔震层,把上部结构与基础隔离开来,同时,上部建筑结构通过层间建筑隔震也可以减小下部结构的振动,利用隔离装置来隔离或耗散地震能量,以避免或减少地震能量向上部结构传输,从而减轻建筑物的地震反应,实现地震时隔震层以上主体结构只发生微小的相对运动和变形,使建筑物在地震作用下不损坏或倒塌。
新《减震抗震设计规范》中的隔震与消能减震.doc
3、隔震和消能减震设计的主要优点隔震体系能够减小结构的水平地震作用,已被理论和国外强震记录所证实。
国内外的大量试验和工程经验表明:“隔震”一般可使结构的水平地震作用降低60%左右,从而消除或有效地减轻结构和非结构的地震损坏,提高建筑物及其内部设施、人员在地震时的安全性,增加震后建筑物继续使用的能力。
采用消能方案可以减少结构在风作用下的位移已是公认的事实,对减少结构水平和竖向地震反应也是有效的。
4、隔震和消能减震设计的适用范围1)、隔震设计的适用范围规范12.1.3条对隔震结构提出了一些使用要求。
根据研究:隔震结构主要用于体型基本规则的低层和多层建筑结构。
日本和美国的经验表明,不隔震时基本周期小于1.0秒的建筑结构减震效果与经济性均最好,对于高层建筑效果较差。
国外对隔震建筑工程的较多考察资料表明:硬土场地较适合于隔震建筑;软弱场地滤掉了地震波的中高频分量,延长结构的周期有可能增大而不是减小其地震反应。
墨西哥地震就是一个典型的例子。
日本“隔震结构设计技术标准”(草案)规定,隔震建筑适用于一、二类场地。
我国Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地的反应谱周期均较小,故都可建造隔震建筑。
隔震设计中对风荷载和其他非地震作用的水平荷载给予一些限制(规范12.1.3条3款)是为了保证隔震结构具有可靠的抗倾覆能力。
就使用功能而论,隔震结构可用于:医院、银行、保险、通讯、警察、消防、电力等重要建筑;首脑机关、指挥中心以及放置贵重设备、物品的房屋;图书馆和纪念性建筑;一般工业与民用建筑;建筑物的抗震加固。
2)、消能设计的适用范围消能部件的置入,不改变主体承载结构的体系,又可减少结构的水平和竖向地震作用,不受结构类型和高度的限制,在新建和建筑抗震加固中均可采用。
二、隔震与消能减震设计要求1、设计方案建筑结构的隔震和消能减震设计,应根据建筑抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求,与建筑抗震设计的设计方案进行技术、经济可行性的对比分析后,确定其设计方案。
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铅芯隔震橡胶支座
铅芯橡胶支座构造如图所示。
因为铅芯橡胶支座不但具有较
理想的竖向刚度,而且本身具
有消耗地震能量的能力,故铅芯橡胶支座在结构
使用中受到广泛欢迎。 叠层橡胶支座中
间钻孔灌入铝芯
提高支座大变形 时的吸能能力
橡胶片
钢板
世界上第一栋采用铅芯橡胶支座隔震的建筑(The William Clayton Building, New Zealand)和世界上使
震作用减小。
滚动支撑类隔震系统 为克服柔性层结构所带来的缺陷,科学家们相继
提出了多种滚动支撑类隔震系统,工作元件有球 形和椭圆形等多种,但由于其隔震是有向性的, 而地震是具有无向性,这些类型的隔震系统均未 能推广应用。
3.最新隔震技术
(1)隔震橡胶支座(The laminated rubber bearing)
耗能特性:隔震系统本身具有较大的阻尼,地震 时能耗散足够的
能量,从而降低
上部结构所吸收
的地震能量。
2.早期隔震技术
J.A.Calantarients提出的隔震结构 下图是J.A.Calantarients于1909年提出的隔震结构
(Base-isolated building )方案。这种隔震结构在建
中南加州大学医院在这次地震及其其后的余震中, 6-8英尺高的花瓶等没有一个掉下来,建筑物内的
各种机器等均未损坏,医院功能得到维持,成为 防灾中1971年 圣费尔南多地震中受 到较大损害,10年后 重建,并增加了抗震 强度。
在此次地震中,剪力 墙产生剪切裂缝,设 备机器、医疗机械及家具等翻倒,病历等资料掉
被动控制——不需要外部能源输入提供控制力, 控制过程不依赖于结构反应和外界干扰信息的控 制方法。
主动控制——需要外部能源输人提供控制力,控 制过程依赖于结构反应信息或外界干扰信息的控 制方法。
被动控制的常用手段:基础隔震、耗能减震、吸 振减震。
目前,基础隔震应用与工程;减震、吸振处于研 究、探索并部分应用于工程实践的时期。
基础上部部分
固结于地基 中的基础
隔震层隔开 限制地震动向 结构物的传递
➢ 基底隔震结构设计应注意: 在满足必要的竖向承载力的前提下,
隔震装置的水平刚度应尽可能小, 以使结构周期尽可能远离地震动的 卓越周期范围。 保证隔震结构在强风作用下不致有 太大的位移。通常要求在隔震结构 系统底部安装风稳定装置或用阻尼器与隔震装置 联合构成基底隔震系统。 5.其他隔震装置 滚珠隔震装置
9.1 基础隔震 1.基础隔震系统需具备以下四种特性: 承载特性:具有足够的竖向强度和刚度以支撑上
部结构的重量;
隔震特性:具有足够的水平初始刚度,在风载和
小震作用下,体系能保持在弹性范围内,满足正 常使用的要求,而中强地震时,其水平刚度较小, 结构为柔性隔震结构体系;
复位特性:地震后,上部结构能回复到初始状态, 满足正常的使用要求。
而抗震结构橄榄景医院(The Olive View Hospital) 的底层加速度为 0.82g,而顶层加速度为2.31g, 加 速度放大系数为2.8,由此可见橡胶支座隔震系统 的优越性。
中南加州大学医院
地下一层,地上7层,建筑面积:33000平方米;占地: 4100平米;最高高度:36。0m;铅芯多层橡胶隔震器 68个,多层橡胶隔震器81个。
下、散乱。而且水管破裂,各层浸水,建筑物不 能使用,完全丧失了医院的功能。 一九九四年九月十六日,台湾海峡发生了7.3级地 震,震源距离汕头市约200公里,汕头市烈度为6 度,各类房屋摇晃厉害,居民惊惶失措,水桶里
的水溅出了1/3左右……而陵海路隔震楼上的人并 没有感到晃动,听到毗邻楼房和邻街喧闹声后下 楼才知道发生了地震。
用铅芯橡胶支座中基底面积最大的建筑(日本)。
日本1997年度评定的隔震建筑中,采用铅芯橡胶 支座隔震房屋占总数的40%,美国在1985年以后
兴建的隔震房屋中,完全或部分采用铅芯橡胶支
座的隔震房屋占总数的60.7%,我国在已建成的
隔震房屋中,完全或部分采用铅芯橡胶支座的隔
震房屋占总数的60%。
4.隔震原理
筑物结构与基础之间用滑石层隔开,地震时建筑 物可以滑动。
中村太郎的隔震结构 上图是中村太郎于1927年提出的隔震结构方案。
在这种隔震系统中已使用阻尼泵来耗散地震动的
能量,并且在该建筑地下层柱的上下端采用铰接 构造,建筑物可以水平自由移动。
柔性层隔震结构 柔性层结构隔震概念由Martel在1929年提出,由 Green(1935年)和Jacobasen(1938年)进一步加以研 究与完善;下图是真岛健三郎于1934年的柔性层 结构。地震时,柔性层进入塑性,结构的刚度变 小,结构的基本周 期延长,从而导致 上部结构所受的地
隔震系统。
➢ 应用实例
1994年1月17日,美国圣菲尔南多发生洛杉矶地震, 震级M=6.7,死亡56人,伤7300人,损失很大。
震中附近有两座医院,一座为隔震结构,另一座 为抗震结构。
中南加州大学医院(隔震结构)
橄榄景医院(抗震结构)
南加州大学医院(The University of Southern California Teaching Hospital)是橡胶支座隔震系统, 这栋八层医院基础加速度为 0.49g,而顶层加速度 只有0.21g, 加速度折减系数为1.8。
9 隔震与耗能减震房屋设计简介
➢ 抗震结构 利用结构各构件的承载力和变形能力抵御地震作 用,吸收地震能量 立足于“抗”。
➢ 隔震结构 在建筑物上部结构与基础之间设置滑移层,阻止 地震能量向上传递 立足于“隔”。
➢ 结构减震控制根据是否需要外部能源输入可分为 被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制。
(2)隔震橡胶支座包括天然夹层橡胶支座、铅芯橡 胶支座,高阻尼橡胶支座等 。
天然夹层隔震橡胶支座 天然夹层橡胶支座构造如图 所示。天然夹层橡胶支座具 有较大的竖向刚度,承受建 筑物的重量时竖向变形小, 而水平刚度较小,且线性性能好。由于天然夹层
橡胶支座的阻尼很小,不具备足够的耗能能力, 所以在结构使用中一般同其它阻尼器或耗能设备 联合使用。