夹层橡胶垫隔震技术的应用

关键词 夹层橡胶垫 动力分析 等效设防烈度 常遇地震 罕遇地震
中图分类号 TU973+ . 23
文献标识码 A
文章编号 1006- 4877( 2001) 04- 0024- 02
1 工程设计
本工程是采用夹层橡胶 垫隔震 技术的 试点工程 , 每 幢楼 建筑面积 4 800 m2, 地下 1 层, 地上 7 层, 总高度 24 m , 平面尺
( 责任编辑 王雅利)
Application of Shock Isolation Technique with Sandwich Rubber Bearing
Taiyuan Architectural Design Institute Wang Bing
Abstract: Taking resident removing building of development company in T aiyuan as example, this paper makes a analysis and demonstra tion on shock isolation technique with sandwich rubber bearing in the engineering by dynamical analysis method and equivalent cross force method, points out feasibility and spreading value of the technique in seismic area.
力法或时程分析法计 算, 其 隔震层 与非隔 震结构 上各楼 层的
水平剪力相比均小于 1/ 6 ; , 在罕遇地震作用下, 隔震 结构
的最大水平位移应小于 橡胶总厚 度的 300 % , 即 r max =
Dm Tr
=
16 4. 64
1
=
256 % <
300 %
, 同时, 应满足 Dm −
0. 7d
Td = 2 G/ Kd( g , % % % % % % ( 5) 式中: Kd && & 与设计位移相对应的有效刚度, 为隔震层所有
隔震器有效刚度之和;
g && & 重力加速度。
本工程中 T g = 0. 41 , d 300 mm 有铅蕊橡胶垫的实侧数据 为: Kd = 0. 5 , = 0. 24 ; d 300 mm 无铅 蕊橡胶 垫的 实侧数 据 为: Kd = 0. 415 , = 0. 07 , 它们的竖向 承载力 均为 1 000 kN 。 经反复计算, 有 铅蕊 橡胶 垫 和无 铅 蕊橡 胶垫 各 为 60 个。此
0. 32 338. 4 1. 0 2. 8 5. 6
2. 02 441. 7 11. 1 58. 0 162. 3
2. 07 4 631. 0
12. 2 69. 9 164. 1
2 关于设计中一些问题的探讨 2. 1 橡胶垫品种的选择
同规格的橡胶垫( 直径相同) , 有带铅蕊与不带铅蕊 之分, 其水平刚度相差 不多, 但 带铅蕊 橡胶 垫的 阻尼 比为 20 % ~ 25 % , 不带铅 蕊橡胶垫的 阻尼比为 4 % ~ 7 % , 相差约 5 倍; 同时, 带铅蕊橡胶垫比不带铅蕊橡胶垫的起始 应力大 6 倍~ 7 倍。因此, 在一个工程中, 同样 数量, 同种 规格的 橡胶垫 如果 选用适量的带铅蕊的橡胶垫, 隔震层能有效地吸收水平 力, 在 风荷载和小地震作用时 使结构 不产生 水平位移。 但是, 如果 选用带铅蕊 橡胶垫过多时, 较大 的阻尼 使结构 的周期 比选用 铅蕊少的橡 胶垫周期减 小, 加 速度增 大, 结 构位移 增大, 隔震 层水平剪力迅速增加, 降低了结构的减震效果 。因此, 选择橡 胶垫的阻尼比是隔震设计的重要一环。 2. 2 橡胶垫平面布置的原则
上部结构的荷载传到橡 胶垫上 应满足 其承载力 的要 求, 同时应考虑到隔震层托梁的设计, 橡胶垫的间距不宜过 大, 对 砖混结构来说, 一般在 4 m 左右, 设在纵 横墙的交叉点上。托 梁计算可按 多跨连续梁计 算, 同 时其跨 中弯矩 不应小 于按简 支梁计算时 梁跨中弯矩 的 80 % , 上 部荷载 可按墙梁 传下 来。 为抵抗地震 力的扭转作用, 有铅 蕊的橡 胶垫宜 布置在 建筑物 的周边, 无铅蕊的橡胶 垫布置 在中间, 要求 均匀对 称, 使 结构 的重心与橡胶垫的刚度中心尽量重合, 以增加 抗扭能力。
Kh & & & 隔震层水平有效刚度, 为隔震层所有隔震支座、阻
n
尼装置的有 效刚度之和, 即 Kh= ∋ Ki 。 i= 1
Fi =
Gi
n
( Fek
,
∋ Gj
j= 1
%%%%%%% (3)
1) 王 冰, 女, 1950 年 12 月生, 1977 年 7 月太原工业大学工 民建专业毕业, 高级工程师, 副总工程师, 030002, 太原市新 建路 216 号
( 24 ( 太原 科技 TAIYUAN SCI- TECH
应用技术研究
2001 年第 4 期 8 月 26 日出版
夹层橡胶垫隔震技术的应用
太原市建筑设计研究院 王 冰1)
摘 要 以太原市开发公司建造 的塔式居民回迁楼为例, 对在该工 程中使用 橡胶垫隔震 技术采用 时程分析
法和等效侧力法进行对 比、分析, 指出橡胶垫隔震技术在地震地区使用的可行性及推广价值。
隔震技术规程∃( 报批稿) , 以及橡胶垫的实测资料和有关研究 资料设计, 上部结构采用等代水平换算烈度法来简化计 算, 同
时采用了时程分析法作为补充计算, 确定降低烈度, 隔震层以 下部分及竖向地震仍按原设防烈度设计, 不予 降低。
1. 1 等效侧力法计算楼层水平地震力 楼层水平地震力标准值
Fek = 1 G , % % % % % % % % ( 1) 式中: Fek & & & 结构总水平地震作用标准值;
Keywords: sandwich rubber bearing, dynamical analysis, equivalent fortified intensity, common earthquake, rare earthquake
寸为 24 m 26 m , 高宽 比值近 似为 1 。本场 地为 ! 类 场地 土, 地震 设 防 烈 度 8 度 。 隔 震 层 设 在 ∀ 0. 00 m 处, 共 用
d 300 mm橡胶垫 120 个, 予埋 件 和橡 胶 垫的 费 用为 26. 4 万 元, 隔震层费用平均为 55 元/ m2。本工程根据# 叠层 橡胶支座
时: Td = 2. 02 s , dl = 0. 09 , = 0. 16 , Fek= 4 451. 7 kN 。 再根据( 3) 式, 将 基 底 垫上 水 平 剪 力分 配 到 各 楼层, 得
源自文库
F8= 465. 2 kN , F1- 7= 538. 5 kN , 与非隔震 结构相比 较, 各楼 层剪力均有较大幅度的 降低。
收稿日期: 2001 03 22, 修回日期: 2001 05 25
式中: Fi Gi 、Gj
&& & 作用于质点 i 的水平地震作用标准值; && & 集中于质点 i, j 的重力代表值。
dl = ( T g/ Td ) 0. 9 d , % % % % % % ( 4)
式中: dl & & & 相应于设防烈度的地震影响系数; Tg & & & 反应谱特征周期; Td & & & 相应于设计位移的基本周期; d && & 相应于设防烈度的水平地震影响系数最大值, 同时 dl ) d min。
2. 3 水平刚度和阻尼比的选用 由压剪实验证明, 橡胶垫 的水平 等效刚 度和等 效阻尼 比
随着水平位移幅值的 增大而 衰减, 不同的 剪切位 移有不 同的 等效刚度和等效阻尼比, 在确定水平刚度及阻尼比时, 位移是 未知的, 因此, 要经过几次的反复 迭代才能使其相互匹配。一 般验算 多遇地震 时取剪切变 形为 50 % 时的 水平刚度和 阻尼 比, 验算罕遇地震时取剪 切变形 为 250 % 时的 水平 刚度和 阻 尼比。 2. 4 价格问题
1. 2 隔震层水平位移
1. 2. 1 设防烈度下的水平位移
Dd = ( g/ 4 2) ( !f / !d ) dlTd 2 , % % % % ( 6)
式中: Dd & & & 隔震层设防烈度 下的设计位移;
!f & & & 阻尼调整系数;
!d & & & 和阻尼比有关的 位移修正系数。
经计算, 本工程 !f = 0. 82 , !d = 1. 389 。 代入( 6) 式, Dd = 58. 0 mm 。 1. 2. 2 罕遇地震下隔震层的最大位移
1 & & & 相应于隔震房屋基本自振周期的水平地震影响 系数;
G & && 上部结构总重力代表值, 等于集中于各质点重 力代表值之和。
式中:
n
∋Ki i
=
i= 1
Kh
,
& && 隔震层的有 效阻尼比;
%%%%%%%% ( 2)
Ki & && 单个隔震支 座或阻尼装置的有效刚度; i & && 单个隔震支 座或阻尼装置的有效阻尼比;
, 所以, Dm=
164. 1− 0. 7 300 mm= 210. 0 mm 。本工程将隔震层以上部分
结构的抗震设防烈度按 降 1 度来设计是合适的。
表 1 3 种计算方法结果的比较
计算方法
非隔震结构时程分析法
隔震结构等效侧力法
隔震结构时程分析 法
周期( s) 设防烈度下基底水平剪力( kN) 众值烈度下基底水平位移( mm) 设防烈度下基底水平位移( mm) 罕遇地震下基底水平位移( mm)
夹层橡胶垫的隔震 作用提 高了建 筑物结 构的安 全度, 其 优点是毫无疑问的。但 就我国 国情来 说, 根 据厂家 提供的 价 格来分析, 每 10 kN 的上 部荷载, 就 必须 有 25 元 的价 格来 购 置橡胶垫, 实际设计中橡胶 垫总的 垂直承 载力比 上部结 构的 总重量 还要大 30 % ~ 50 % 以上, 再 加上予 埋件的 制造安 装 价格, 隔震层部分的总造价约合 50 元/ m2~ 60 元/ m2。如按单 位造价计算, 由于砖混结构 上部的 设计可 以按降 低后的 烈度 来考虑, 可以 减少一部 分构造措施 ( 如 减少构造柱、圈梁 的数 量) , 设置了隔震层的建筑可以建 的更高一些, 节省了土地, 增 加了建筑面积, 同时又提高了抗震设防的水准, 综合来看是合 算的。因此, 该项技术的大力发展有广阔的前景, 但推广该项 技术还有赖于价格的进 一步降低。
Dm= ( g/ 4 2) ( !f / !d )
mlT
2 m
, % % % % % % ( 7)
公式所用 ml , T m, m min, Km 均为罕遇地 震下与设防 烈度
下基底水平位移相应的 参数。
本工程 因 无 实 测 罕 遇 地 震 下 的 有 效 水 平 刚 度 Km, 取 100 %水平 位 移时 水平 刚 度的 80 % , 阻 尼 比降 为 0. 07 , 得
T m= 2. 365 s , ml = 0. 16 , Dm= 162. 3 mm 。
王 冰: 夹层橡胶垫隔震技术的应用
2001 年第 4 期 8 月 26 日出版 ( 25 (
1. 3 时程分析法 本 工 程 采 用 时 程 分 析 法 进 行 补 充 计 算 时, 选 用
EL( centro NS波和 一条本 场地 实测 波分 别计 算在 多遇、设 防、 罕遇烈度下的动力分析, 并和非 隔震结构 进行比较( 见表 1) , 得出: ∗ 运用水平等效侧力法和时程分析法计算结果 相近, 隔震层的等效阻尼比为 0. 16, 隔 震结构 周期大 于第二 临界周 期 1. 6 s , 是场地卓越周期 的 5. 1 倍; + 无论 是采用 等效侧