新《减震抗震设计规范》中的隔震与消能减震

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第一次纳入我国《建筑抗震设计规范》，为积极、稳妥起见，应认真做好方案比较、论证工作。

2、设防目标

采用隔震和消能减震设计的房屋建筑，其抗震设防目标应高于抗震建筑。（规范第

3.8.2条）。

1)、在水平地震方面，本章表15.2、15.4及规范第12.2.6、12.2.9条等保证了隔震结构具有比抗震结构至少高0.5个设防烈度的抗震安全储备。

2)、规范规定：消能减震结构的层间弹塑性位移角限值宜大于1/80。提高了对框架及多高层钢结构等的弹塑性层间位移角限值要求。

3、隔震与消能部件

设计文件上应注明对隔震部件和消能部件的性能要求；隔震和消能减震部件的设计参数和耐久性应由试验确定；并在安装前对工程中所用各种类型和规格的消能部件原型进行抽样检测，每种类型和每一规格的数量部应少于3 个，抽样检测的合格率应为100%；设置隔震和消能减震部件的部位，除按计算确定外，应采取便于检查和替换的措施。

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。

三、 隔震设计要点

本规范隔震设计条文提出了分部设计法和水平向减震系数，在设计方法上建立起了一座联系抗震设计和隔震设计之间的桥梁，力图使设计人员已经熟悉的抗震设计知识、抗震技术在隔震设计中得到应用，这是本规范的重大特色。

1、分部设计方法

把整个隔震结构体系分成上部结构（隔震层以上结构）、隔震层、隔震层以下结构和基础四部分，分别进行设计。

2、上部结构设计

应用“水平向减震系数”设计上部结构。

1)、水平向减震系数概念

公式（15.1）及其符号解释，描述了本《规范》提出的“水平向减震系数”概念。

7.0/)(max i ψψ= （15.1-1）

i gi i Q Q /=ψ （15.1-2）

其中

ψ——水平向减震系数。

max )(i ψ——设防烈度下，相应于结构隔震与非隔震时各层层间剪力比的

最大值。

i ψ——设防烈度下，结构隔震时第i 层层间剪力与非隔震时第i 层层

间剪力比的最大值。

gi Q ——设防烈度下，结构隔震时第i 层层间剪力。

Q ——设防烈度下，结构非隔震时第i 层层间剪力。

6)、隔震部件的性能要求

①、隔震支座承载力、极限变形与耐久性能应符合《建筑隔震橡胶支座》产品标准（JG 118—2000）要求；

②、隔震支座在表15.4所列压力下的极限水平变位；应大于有效直径的0.55倍和支座橡胶总厚度3倍二者的较大值。

③、在经历相应设计基准期的耐久试验后，刚度、阻尼特性变化不超过初期值的±20%；徐变量不超过支座橡胶总厚度的0.05倍且小于10.0mm。

④、隔震支座的设计参数应通过试验确定。在竖向荷载保持表12.4所列平均压应力限值的条件下，验算多遇地震时，宜采用水平加载频率为0.3Hz且隔震支座剪切变形为50%时的水平动刚度和等效粘滞阻尼比；验算罕遇地震时，直径小于600mm的隔震支座宜采用水平加载频率为0.1Hz且隔震支座剪切变形为250%时的水平动刚度和等效粘滞阻尼比；直径不小于600mm的隔震支座可采用水平加载频率为0.2Hz且隔震支座剪切变形为100%时的水平动刚度和等效粘滞阻尼比。

7)、隔震层与上部结构、隔震层以下结构的连接

①、隔震层顶部应设置梁板式楼盖，且应符合下列要求：

应采用现浇或装配整体式钢筋混凝土板。现浇板厚度不宜小于140mm，当采用装配整体式钢筋混凝土板时，配筋现浇面层厚度不宜小于50mm；隔震支座上方的纵、横梁应采用现浇钢筋混凝土结构。

隔震层顶部梁板体系的刚度和承载力，宜大于一般楼面的梁板刚度和承载力。

隔震支座附近的梁、柱应考虑冲切和局部承压，加密箍筋并根据需要配置网状钢筋。

②、隔震支座和阻尼器的连接构造，应符合下列要求：

隔震支座和阻尼器应安装在便于维护人员接近的部位；

隔震支座与上部结构、基础结构之间的连接件，应能传递罕遇地震下支座的最大水平剪力；

抗震墙下隔震支座的间距不宜大于2.0m；

外露的预埋件应有可靠的防锈措施。预埋件的锚固钢筋应与钢板牢固连接。锚固钢筋的锚固长度宜大于20倍锚固钢筋直径，且不应小于250mm。

③、穿过隔震层的设备配管、配线，宜采用柔性连接等适应隔震层的罕遇地震水平位移的措施；采用钢筋或刚架接地的避雷设备，宜设置跨越隔震层的柔性接地配线。4、隔震层以下结构设计

当隔震层置于地下室顶部时，隔震层以下墙、柱的地震作用和抗震验算，应采用罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩进行计算。

5、地基基础设计

隔震建筑地基基础的抗震验算和地基处理仍应按本地区抗震设防烈度进行，甲、乙