基础隔震

（5）一般说来，隔震建筑中隔震层的抗拉能 力比较薄弱，根据剪切型结构的特点，为 了保证隔震结构的稳定性，确保隔震结构 的抗倾覆能力及地震时有效防止上部结构 与隔震层之间的提离，应对隔震结构的高 宽比加以控制。 （6）合理设置隔震结构的基本周期，避开场 地周期和上部结构的周期，有效地发挥隔 震技术的效果。
• •
• •
基础滑动隔震
方法是在结构的底层与基础顶面设置沙、碎石 等柔垫层。 优点：1）简单易行、造价低廉，隔震效果受 地面运动频率特性的影响较小，几乎不会发 生共振现象。2）其隔震能力和隔震效果取 决于摩擦系数，为了减少滑移量，一般需要 同时采用阻尼器以增大隔震层阻尼。 缺点：1）不能自复位，一般需要另外的复位 系统，而复位系统将使建筑造价大大增加； 2）滑动性能离散性大，不易控制；3）基础 滑移受竖向地震作用的影响较大，分析复杂； 4）与动、静摩擦系数的差异有关。
厂家应提供的有关参数和要求
（1）形态参数 橡胶隔震支座由橡胶和薄钢板相间层叠组成，其基本形态宜 符合下列要求： S1 (d d 0 ) / 4t r S1 15 S 2 d / ntr S 5
2
式中S1、S2——分别为第一、第二形状系数； d、d0——分别为隔震支座的直径和中央开孔直径； tr——单层橡胶厚度； n——橡胶层数。
压应力分布
• 无水平变位时，叠层橡胶支座受纯竖向压 力时，其压应力分布沿直径方向接近抛物 线形型分布，在圆心处最大。 • 当发生水平变位时，局部区域压应力会升 高，局部区域压应力会下降，但不允许出 现拉应力。
橡胶隔震支座的选型与性能要求
应根据实际工程上部结构的具体结构 和隔震后设防目标，经过分析，得出橡胶 垫所需的变形能力和竖向承压能力，确定 橡胶垫的尺寸即直径大小；选用厂家提供 的标准产品或设计定制专用产品；针对实 际工程，对选用或定制的橡胶垫进行形态、 刚度、强度、变形能力及稳定性等方面的 验算。
对于砌体及与其基本周期相当的结构，水平 向减震系数采用下述方法确定。
（1）砌体结构的水平减震系数，宜根据隔震后整个体系的 基本周期，按下式确定：
2 2 Tgm / T1

式中 ——水平向减震系数； η2 ——地震影响系数的阻尼调整系数， 根据隔震层等效阻尼确定； γ ——地震影响系数的曲线下降段衰减指数， 根据隔震层等效阻尼确定； Tgm——按《规范》5.1.4条确定的设计特征周期， 但小于0.4s时应按0.4s采用； T1——隔震后体系的基本周期，不应大于2.0s和5倍特 征周期的较大值。
2、水平减震系数
FEK G
为将隔震建筑设计和非抗震建筑设计联系起来，《规范》 引入“水平减震系数”的概念。一般情况下，水平向减震 系数应通过隔震结构和非隔震结构各层最大层间剪力的分 析对比按下列要求确定的时程分析 结果进行； 2）水平减震系数取隔震后结构各层的层间剪力与不隔震的 对应结构各层最大层间剪力比值的1.4倍时的值，如下表 所列。
当隔震层中单独设置阻尼器时， 应具有由试验确定的下列参数：
• • • • • 第一刚度 屈服剪力 屈服位移和第二刚度 等效粘滞阻尼比 极限水平变形。
隔震设计的一般原则
（1）隔震建筑的设防目标一般应高于非隔震 建筑。合理设计的隔震建筑一般均可达到 “小震不坏，中震不坏或轻微破坏，大震 下不丧失使用功能”的设防目标。 （2）隔震建筑结构的体型；应控制隔震器的 布置及结构的刚度的分布均匀，尽量使结 构的刚度中心与上部结构质量中心的偏移 小一些，这样做可以保证结构不致因过大 的扭转作用而发生意外破坏。
竖向变形特性
普通天然橡胶支座竖向纯压缩 时，荷载位移曲线显示出硬化弹簧 性质，通常在设计轴力附近为线性 的关系。高阻尼橡胶支座、铅芯橡 胶支座与天然橡胶支座相似，但铅 芯橡胶支座受压时，铅芯并不承受 压力。
水平变形特性
• 标准橡胶支座当竖向压力一定时，水平 荷载-位移曲线接近线性，滞回曲线的等 价阻尼比约为1%~2%。
F
等价阻尼比
x
A1 ＝ 2A 2
• 铅芯橡胶支座，当静力加载时，水平恢复 力特性典性轮廓呈梭形。滞回曲线的等效 刚度随水平位移增大而降低，等价阻尼比 则趋于常数，吸收的能量转化为热能，铅 捧的温度升高 。
F F F
x
x
x
橡胶
铅芯
橡胶+铅芯
• 高阻尼橡胶支座，水平恢复力特性
曲线轮廓也呈梭形，等价刚度随着水 平位移的增加而逐渐减小，在变形较 大的区域内，等价阻尼比表现为定值， 能常可达到15%~20%。
（3）基础隔震技术对低层和多层建筑最为适合，对 高层建筑则效果不大，因而对隔震建筑的房屋高 度和层数宜加以限制。一般情况下，不隔震时结 构的基本周期不宜大于1.0s。 （4）由橡胶支座基础隔震技术的特点，隔震建筑一 般更适合于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类建筑场地，并且在结构 设计中选用刚性较好的基础类型，以保证隔震层 的稳定性和地震中运动的一致性。
基础隔震
隔震层对整个结构系统起两大作用： 1) 由于隔震层的刚度很小，使整个结构 的自振周期大大增大，上部结构的地 震加速度反应大大减少； 2) 隔震层采用高阻尼的元件组成，使整 个隔震结构体系的阻尼加大，有效地 吸收地震波输入给结构的能量，大大 减少地震对上部结构的损伤。
这两项作用，可使上部结构的加速度 反应一般仅相当于不隔震情况下的1/4～ 1/8，不仅达到了减轻地震对上部结构的 损坏，而且一般使建筑物的装修及室内设 备也得到有效的保护，乃至不影响室内设 备的正常运行，地震时人员可照常停留在 室内。
最大层间剪 力比
水平向减震 系数
0.53
0.75
0.35
0.50
0.26
0.38
0.18
0.25
减震效果
降0.5度
降1度
降1.5度 降2.0度
《规范》规定，采用隔震结构时，水平向减震 系数不宜低于0.25，且隔震后结构的总水平地震 作用不应低于非隔震结构在6度设防时的总水平地 震作用。同时各层水平地震剪力也应符合规范的 最小地震剪力系数的规定。
隔震技术分类
基础隔震技术基本上可以分为三大类： 1）弹（粘）性隔震 2）基础滑动隔震 3）复合隔震技术
弹（粘）性基础隔震
方法是在房屋底层与基础顶面之间增设一个侧 向刚度很低（一般只有底层刚度的1/20~1/150）的 隔震层，使结构体系的周期变长（一般为1.5~3.0s 或更长），变形集中在隔震层，上部结构基本上是 刚体运动。 优点： 性能可靠、理论分析和设计施工简单、易于控制 自复位性能好 缺点： 不能完全避免结构共振 对于竖向地震动隔离作用较差。
隔震结构抗震计算分析和减震系数
1、隔震设计计算分析一般方法 对隔震结构的抗震计算分析，一般均可采用时程分析法。 （1）计算模型 采用时程分析进行分析计算时，计算简图可 采用剪切型结构模型，当上部结构体型复杂时，应计入扭 转变形的影响。 （2）输入地震波选择 时程分析用地震波应按建筑场地和所 处地震环境选用不少于两条的实际记录和一条人工模似的 加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解 反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。 （3）计算结果处理 计算结果宜取多条地震波的平均值，当 处于发震断层10km以内时，若输入地震波未考虑近场影 响，对甲、乙类建筑，计算结果尚应乘以近场影响系数： 5km以内取1.5，5km以外取1.25。
（3）砌体结构及与其基本周期相当的结构， 隔震后体系的基本周期可按下式计算：
T1 2 G / Khg
式中 T1——隔震体系的基本周期； Kh——隔震层水平刚度； 应该注意的是，验算多遇地震时，隔震支座 采用剪切变形为50%时的水平刚度和等效 粘滞阻尼比。
隔震层的水平刚度和等效粘滞阻尼比可按下 列公式确定：
橡胶支座应具备的功能
1）具有足够的竖向刚度和竖向承载力，能够稳定 地支承建筑物； 2）具有足够柔的水平刚度，保证建筑物的基本周 期延长到1.5~3.0s左右； 3）具有相应的大变形能力，并确保在强震作用下 不会出现失稳现象； 4）水平刚度受垂直压缩荷载的影响较小； 5）具有足够的耐久性，至少大于建筑物的设计基 准期。
（2）性能参数（橡胶隔震支座应具有由试验确定的以下参数）： 1）竖向荷载（10、12或15MPa）时的竖向刚度； 2）竖向保持设计荷载、剪切变形为50%时，在水平加载频率 0.3Hz下的水平刚度和等效粘滞阻尼比； 3）竖向保持设计荷载、剪切变形为100%时，在水平加载频率 0.2Hz下的水平刚度和等效沾滞阻尼比； 4）竖向保持设计荷载、剪切变形为250%时，在水平加载频率 0.1Hz下的水平刚度和等效沾滞阻尼比； 5）设计竖向荷载时的极限水平变位，应大于0.55d和3ntr； 6）长期使用条件下，刚度、阻尼特性变化不超过初期值的 ±20%；水平位移增量不大于25mm；徐变量不超过0.5tr且小 于10.0mm。
• 要求地震时不中断使用功能（首脑、指挥机 关、消防、公安、医院）； • 要求地震时不损坏信息系统和重要设备（银 行、保险、通讯）； • 要求减轻次生灾害（存放有毒、爆炸等物品 的建筑）； • 要求地震时生命安全有更大保证（幼儿园、 小学、医院病房等地震时人群不便疏散的建 筑）； • 要求用“隔震和消能减震”技术弥补某些类 型结构在抗震方面的不足或满足其抗震设计 要求的建筑。
复合隔震
• 钢板橡胶垫与摩擦滑移隔震的并联体系 可以有效地改善隔震体系的滞回性能， 但分析起来复杂 • 钢板橡胶垫与摩擦滑移的串联体系 大大增加了隔震体系的允许位移，隔震 体系的性能也得到了改善
在各种隔震技术方案中，在国内外应用最广、 最普遍的是橡胶支座隔震技术。常用的橡胶支 座有标准橡胶支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡 胶支座、堆叠型橡胶支座等多种。
高阻尼橡胶支座具有高阻尼，不需要铅芯
水平变形引起的竖向沉降
• 通常很小，仅为几毫米，常可忽 略不计。
拉伸变形。
• 拉伸刚度较压缩刚度略小，随后很快降得很 低，完全拉断时的应变为300%以上。这样 大的应变是受叠层橡胶周围连成一体的保护 橡胶层影响所致。欲使橡胶内部不发生龟裂， 应力需控制在1.0MPa以内。因此，设计叠 层橡胶支座时不允许出现拉伸应力状态。