隔震结构与减震结构与传统结构抗震设计(完全版)

验算支座GZY400
ui 205.85mm [ui ] 220mm
故支座变形满足要求。 10.6.7 隔震层下部计算 各隔震支座的剪力按水平刚度分配。隔震层在罕遇地震作用下的水平剪力计算为
Vc s1 ( )G 9601 .49kN
,隔震层的总刚度为53504KN/m。每个GZY400隔震支座受到水平剪力为218.22KN。
表10.7时程分析地震波参数 相位特性 EL CENTRO 1940 NS HACHINOHE 1969 EW JMA KOBE 1995 NS 时间间隔 (s) 0.01 0.01 0.01 时长 (s) 82 163.84 163.8 419.0 392.62 394 峰值时刻 (s) 2.22 17.3 5.56
非隔震结构 隔震结构 4 层 2219 2397 2306 2.41 1.99 2.27 0.18 0.20 0.20 17.23 22.98 19.80 5 层 1217 1268 1324 2.58 2.42 2.23 0.20 0.22 0.23 19.13 24.81 21.30 隔震 层 1403.2 1834.6 1775.6 1.12 1.41 1.31 0.12 0.15 0.14 23.78 31.09 30.09 1 层 1191.7 1471.8 1587.2 1.10 1.52 1.38 0.13 0.16 0.16 26.52 34.48 33.69 2 层 998.1 1153.2 1385.9 1.13 1.57 1.45 0.14 0.19 0.17 29.08 37.44 37.23 3 层 805.1 902.6 1138.5 1.21 1.56 1.53 0.15 0.20 0.18 31.02 39.51 40.09 4 层 568.8 621.0 808.3 1.27 1.53 1.55 0.16 0.22 0.19 32.30 40.78 42.10 5 层 290.1 321.5 414.2 1.31 1.50 1.60 0.16 0.23 0.20 32.92 41.36 43.15 波形 1 层 3334 4583 4436 1.21 1.13 1.34 0.06 0.06 0.06 4.92 6.76 6.54 2 层 3036 4173 3720 1.87 1.72 2.15 0.10 0.12 0.13 9.85 13.75 12.77 3 层 2912 3345 2835 2.13 1.97 2.46 0.14 0.17 0.17 13.69 19.24 17.12
计算层间剪力标准值,其结果见表10.5。
表10.5 上部结构层间剪力标准值
层数 5 4 3 2 1
Gi / kN
5600.45 5897.86 6095.78 6095.78 6095.78
G
i
/kN
Fek /kN
Fi
/kN
Vi /kN
380.45 781.10 1195.20 1609.30 2023.40
由式(10.1)
T1 2
G 1.27S 5Tg 5 0.4 2.0s Kh g
。
2 1
0.05 eg 0.06 1.7eg 0.05 eg 0.5 5eg
0.57
0.9
0.78
由式(10.6)
22 (Tg / T1 ) (T0 / Tg )0.9 0.37 0.5
图10.10 隔震支座布置图
1.确定轴向力 竖向地震作用
Fevk vG
柱底轴力设计值
N 1.2 (恒载 0.5 活载） 1.3 竖向地震作用 53608 .25kN
中柱柱底轴力
N中 1546 .39kN
边柱柱底轴力
N边 1134 .02kN
2.确定隔震支座类型及数目 中柱支座：GZY400型，竖向承载力1884KN，共22个。 边柱支座：GZY400型，竖向承载力1884KN，共22个。 其支座型号及参数如表10.4。
隔震结构与减震结构与传统结构抗 震设计
• 隔震案例 • 减震案例 • 隔震结构与减震结构的特点及与传统结构 抗震设计的区别
隔震结构的案例
• 10.6 隔震结构工程设计实例 • 10.6.1工程概况 • 某中学教学楼，地上5层，每层高度皆为3.6m，总高18m， 隔震支座设置于基础顶部。上部结构为全现浇钢筋混凝土 框架结构，楼盖为普通梁板体系，基础采用肋梁式筏板基 础。丙类建筑，设防烈度8度，设计基本加速度0.15g，场 地类别Ⅱ类，地震分组第一组，不考虑近场影响。 • 根据现行《中小学建筑设计规范》、《混凝土结构设计规 范》、《建筑结构荷载规范》、《建筑抗震设计规范》相 关规定对上部结构进行设计，其结构柱网布置如图10.9所 示，各层的重量及侧移刚度如表10.3所示。
项目
EL HA KO EL HA KO EL HA KO EL HA KO
注：加速度时程曲线最大值
1.1m / s 2
。
通过结构隔震与非隔震两种情况下各层最大层间剪力的分析对比确定隔震结构的水平向减震系数， 计算结果见表10.9： 非隔震剪力 隔震剪力 (kN ) 表10.9 水平向减震系数计算
层次 波形 EL 5 HA KO EL 4 HA KO EL 3 HA KO EL 2 HA KO EL 1 HA KO 290.1 321.5 414.2 568.8 621.0 808.3 805.1 902.6 1138.5 998.1 1153.2 1385.9 1191.7 1471.8 1587.2 1217.0 1268.0 1324.0 2219.0 2397.0 2306.0 2912.0 3345.0 2835.0 3036.0 4173.0 3720.0 3334.0 4583.0 4436.0 剪力比值 0.238 0.254 0.313 0.256 0.259 0.350 0.276 0.270 0.402 0.329 0.276 0.373 0.357 0.321 0.358 0.345 0.323 0.316 0.345 0.289 0.268 平均值 最大值
地震波 ART EL CENTRO ART HACHINOHE ART KOBE
2 mm ( m kN /) s) ( m / s )
位移 速度 加速度 层间剪力
3． 时程分析结果 采用时程分析程序进行结构在多遇地震下结构隔震与非隔震的时程分析，以及在罕遇地震 下隔震结构的位移反应时程分析。 多遇地震下时程分析计算结果如表10.8： 表10.8 多遇地震时程分析的主要计算结果
由表10.8可知，结构在隔震与非隔震两种情况下各层最大层间剪力比值为0.345。 因本工程水平向减震系数设计为0.5。按本章节表10.2规定，水平向减震系数为0.5时， 层间剪力最大比值为0.35。而表10.8中，其值0.345未超过层间剪力比限值，因而认为 该隔震结构满足水平向减震系数要求。 隔震后上部结构层间角位移见下表10.10： 表10.10 隔震后上部结构层间位移角
层间位移 (mm)
0.64 1.31 2.00 2.70 3.00
层高 (mm)
3600 3600 3600 3600 3600
层间位移角 1/5650 1/2752 1/1799 1/1336 1/1207
限值
1/550
由表10.6可知，上部结构满足抗震设计要求。
10.6.6 隔震层水平位移验Βιβλιοθήκη Baidu 罕遇地震时，采用隔震支座剪切变形不小于250%时的剪切刚度和等效粘滞阻尼比。 1.计算隔震层偏心距 e 本结构和隔震装置对称布置，偏心距 e =0。 2.隔震层质心处的水平位移计算 根据场地条件，特征周期为
10.6.2 初步设计 1.是否采用隔震方案 (1)不隔震时，该建筑物的基本周期为0.45s，小于1.0s。 (2)该建筑物总高度为18m，层数5层，符合《建筑抗震设计规范》的有关规定。 (3)建筑场地为Ⅱ类场地，无液化。 (4)风荷载和其他非地震作用的水平荷载未超过结构总重力的10%。 以上几条均满足规范中关于建筑物采用隔震方案的规定。 2.确定隔震层的位置 隔震层设在基础顶部，橡胶隔震支座设置在受力较大的位置，其规格、数量和分布根 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。隔震层橡胶支座在罕遇地震作用下，不宜出现拉应力。 3.隔震层上部重力设计 上部总重力为如表10.3所示。 10.6.3 隔震支座的选型和布置 确定目标水平向减震系数为0.50，进行上部结构的设计，并计算出每个支座上的轴向 力。根据抗震规范相应要求，丙类建筑隔震支座平均应力限制不应大于15MPa，由此 确定每个支座的直径（隔震装置平面布置图如图10.10所示，即各柱底部分别安置橡胶 支座）。

10.6.4 水平向减震系数 的计算 多遇地震时，采用隔震支座剪切变形为50%的水平刚度和等效粘滞阻尼比。 由式(10.2)
Kh K j 2.092 44 92.048kN / mm
由式(10.3)
eg
。
K j j
Kh

44 2.092 0.292 0.292 92.048
最大加速度
m / s 2 隔震结构时程分析验算 10.6.8
1．分析模型
上 部 结 构
隔 震 层
图10.11 隔震结构时程分析模型
2．输入地震波 本工程8度(0.15g)设防，时程分析所用地震加速度时程曲线的最大值取为： 2 多遇地震1.10 m / s 罕遇地震5.10m / s 2 输入地震波如表10.7：
图10.9 框架平面柱网布置图 表10.3 上部结构重量及侧移刚度
层号 1 2 3 4 5 重力荷载代表值(KN) 6095.78 6095.78 6095.78 5897.86 5600.45 侧移刚度（KN/mm） 678 597 597 597 597
• • • • • • • • • • • • •
380.45 400.65 29785.65 2023.40 414.10 414.10 414.10
3.上部结构层间位移角
表10.6 上部结构层间位移角 层数 5 4 3 2 1
Vi /KN
380.45 781.10 1195.20 1609.30 2023.40
侧移刚度 （KN/mm）
597 597 597 597 597
即水平向减震系数满足预期效果。 10.6.5 上部结构计算 1.水平地震作用标准值 非隔震结构水平地震影响系数 g 2 max 1
T 0 T

0.40 1.0 0.24 0.216 0 . 45
0.9
由式(10.8)
Fek 0Geq 0.37 0.216 25317 .8 2023 .4kN
0.83
0.71 1.20 0.261
uc
s1 ( eq )G
Kh
0.179m 179m m
i 1.15
3.水平位移验算（验算最不利支座） 本工程隔震层无偏心，对边支座
。 由式(10.11)
ui iuc 1.15179mm 205.85mm
ui 220mm
Tg 0.4s
。 由式(10.2)
Kh K j 1.216 44 53.504kN / mm
由式(10.3)
eg
K
j
j
Kh

由式(10.1)
44 1.216 0.131 0.131 53.504
G T1 2 1.66s K g 0.05 h eg 0.05 0.131 2 1 1 0.71 0.06 1.7 eg 0.06 1.7 0.131
0.9
0.05 eg 0.5 5

0.9
max 1.20
eg 设防烈度8度(0.15g)罕遇地震下
0.05 0.131 0.83 0.5 5 0.131
。
Tg 0.4 1 ( eq ) T 2 max 1.66 1 由式(10.12)