隔震设计流程及PKPM建模

隔震设计流程及PKPM建模

1 初定减震目标

隔震设计的第一步就是初定减震目标。如果当地的抗震设防烈度为9 度（0.4g），考虑到场地条件好（Ｔg小）、上部结构规则、质量和刚度分布均匀（包括平面和立面），可以初步确定减震目标为降一度半，即上部结构要按照 7 度（0.15g）进行设计。这里需要强调的是：一、当地的抗震设防烈度并没有降低；二、整个结构的抗震能力没有降低，相反结构的抗震能力大大提高了。那么，上部结构为什么按 7 度（0.15g）设计，而不是按照9度（0.4g）设计呢？因为采用了隔震技术，上部结构的地震作用减小到低于或相当于抗震设防烈度为 7 度（0.15g）的水平。

2 确定隔震层位置

隔震层的位置要根据具体工程具体分析，目前多设置在基础顶和地下室柱顶，当然，也有设置其他位置的。

3 上部结构设计

依据减震后的地震作用水平（如 7 度（0.15g） ），进行上部结构设计。这里需要注意几个问题。

3.1隔震设计一般原则

1）高层建筑多采用剪力墙结构，在开始定方案时，应注意结构的高宽比不宜过大，对于9度地区，一般控制在3以内比较好，不宜超过4。

2）结构周边剪力墙要尽量少布置，尽量将剪力墙布置在结构内部，同时在satwe 中验算罕遇地震时，尽量避免结构出现拉力。

3）如果隔震层做成转换层，隔震层的转换梁柱要尽量大，确保隔震层的刚度和承载力，宜大于一般楼盖梁板的刚度和承载力。

4）转换层的柱子布置不宜过密，过密导致单个支座的压力变小，在罕遇地震下，柱子容易出现拉应力，而隔震设计中拉力需要尽量避免，如果不能避免，拉力应在规范

3.2结构模型底层柱下端改为铰接约束

考虑到隔震橡胶支座的抗扭刚度、抗弯刚度相对混凝土柱非常小，或者说隔震橡胶支座传递弯矩和扭矩的能力弱，因此，为了使模型结构的受力状态与真实结构的受力状态更接近， 建筑结构模型的底层柱改为下端铰接约束。PKPM中实现过程如下图所示。

①点击SAT-8 或SATWE，再选“接 PM生成 SATWE 数据” ，再点击“应用”按钮。

②在“SATWE 前处理――接 PM 生成 SATWE 数据”窗口中，选择第二项“2. 特殊构件补充定义” ，然后点击“应用”按钮。

③在“SATWE 数据前处理”窗口中，选择“特殊柱” 。

④在弹出的对话框中，选择“柱下端铰接”。

⑤光标框选建筑底层所有柱，即可完成柱下端铰接设置。

3.3竖向地震作用考虑

考虑到目前橡胶隔震支座，对减小水平向地震作用非常明显，对减小竖向地震作用不明显，隔震后，结构的竖向地震力可能大于水平地震力，应予以重视并做相应的验算，采取适当的措施。因此，规范第12.2.1条中规定： 隔震层以上结构的水平地震作用应根据水平向减震系数确定；其竖向地震作用标准值，8 度（0.2g）、8 度（0.3g）和 9 度（0.4g）时分别不应小于隔震层以上结构总重力荷载代表值的20%、30%和40%。PKPM

实现过程如下。

①点击SAT-8 或SATWE，再选“接 PM生成 SATWE 数据” ，再点击“应用”按钮。

②在“SATWE 前处理――接 PM 生成 SATWE 数据”窗口中，选择第一项“1. 分析与设计参数补充定义（必须执行）”，然后点击“应用”按钮。

③SATWE---分析与设计参数补充定义----总信息---“地震作用总信息”下选择“计

算水平和竖向地震作用”；

④SATWE---分析与设计参数补充定义----地震信息---选择隔震以后的上部结构的地震动参数。如当地抗震设防烈度为9 度，隔震后上部结构按 7 度（0.15g）来计算，参数设置如下。

这里需要注意：和竖向地震有关的参数不能降低，如轴压比仍需照当地设防烈度地震进行考虑。

⑤竖向地震作用调整

以当地抗震设防烈度为 9 度，隔震后上部结构按 7 度（0.15g）来计算。由于前

面我们输入的多遇地震水平影响系数最大值是 0.12（按照 7 度（0.15g）），因此，计算竖向地震作用时，程序是按照7度（0.15g）进行计算，而不是按照9度（0.4g）计算。所以，根据《抗规》我们要做两项工作。第一、将竖向地震作用调整9度（0.4g）；第二、保证竖向地震作用标准值不小于总重力荷载代表值的 40%。调整系数如下表1和表2所示。

表1 仅考虑竖向地震作用时r EV

隔震后上部结构设计采用烈度

设防烈度

8度 7.5度7度

9度 4.45

5.93

8度 4.45 表2 竖向地震作用和水平地震作用同时考虑r EV

隔震后上部结构设计采用烈度

设防烈度

8度 7.5度7度

9度 1.7

2.28

8度 1.7 PKPM实现过程如下。

1)SATWE---分析与设计参数补充定义----荷载组合，然后勾选“采用自定义组合及工况”，再单击“自定义”按钮，设置见下图。

2）在弹出的“自定义组合工况”窗体中，将仅考虑竖向地震（或称 Z 向地震）工况的竖向地震组合系数修改为 3.5，设置见下图。至此，竖向地震作用已从7 度 0.15g 调整到9 度 0.4g。

3.4最小层间剪力

最小层间剪力应满足《抗规》（GB50011-2010）5.2.5条，按本地抗震设防烈度的要求。

3.5底层柱弯矩放大系数

框架结构底层柱下端弯矩放大系数《抗规》（GB50011-2010）6.2.3。对于隔震结构，柱下端弯矩调整应在隔震层上面一层柱，因此，为了保证该层柱的配筋计算正确，应将隔震层设置为地下室，在此条件下，计算该层柱子的配筋。

4 隔震层以下结构设计

1）按照《抗规》（GB50011-2010）12.2.9条第1、2款：隔震层支墩、支柱及相连构件，应采用隔震结构罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩进行承载力验算。

2）隔震层以下的结构（包括地下室和隔震塔楼的底盘）中直接支承隔震层以上结构的相关构件，应满足嵌固刚度比和隔震后设防地震的抗震承载力要求，并按罕遇地震进行抗剪承载力验算。隔震层以下地面以上的结构在罕遇地震下的层间位移角限值应满足表12.2.9要求。