层间隔震结构动力特性及地震响应分析
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响应分析 ， 出有关层间位移 、 得 加速度及剪力 。结 果表明 ： 与抗震结构 相 比， 间 隔震结构 的频率减小 ， 层 周期增 大 ； 各
楼层的加速度幅值减小 ， 层间位移幅值也减小， 变形集中在隔震层； 可以有效地减小各层层间剪力 ， 层间隔震结构具
有 良好 的减震效果 。
关键词 ： 间隔震 ； 层 橡胶支座 ； 动力特 性 ； 震响应 ； ｔ ｇ 有限元分析
１ ａ水 平 动 刚 度 为 １Ｎ ｍ 等 效 粘滞 阻尼 比 ＯＰ ， ｋ ／ ｍ，
上述建立得到两种结构三维有限元模型 ， 图 １ 如 所
示。
的。这种方法主要是依靠结构 自身的塑性变形和延 ０ ２ ； 面厚为 １０ ｍ， ．３ 楼 ２ ｍ 剪力墙厚为 ３０ ｍ。根据 ０ｒ ａ
了解框架剪力墙结构的层 间隔震 效果 ， 文以十二 本
通过“ 二阶段三水准” 的设计方法作为准则来实 现
性来抵抗地震作用， 它最终是 以结构和 内部设备 在 强震下破坏为前提的。近年来随着科学技术 的飞速
发展 ， 减震控制技术 已逐步进入结构设计领域 ， 中 其 又 以减少地震能量 向建筑物 的上部结构传递 的“ 隔 震” 被动控制技术 最为成熟 ， 并在 国内外 已有 工程 中得到 了成功的应用 。 Ｊ 层间隔震技术是在基础隔震的基础上发展起来 的一种新型隔震技术 ， 它是将 隔震装置设置在某层 柱子和楼板之间进行建筑结构地震响应控制。为 了
很明显 的， 并且可以发现层 间隔震结构的周期大大
ｌ 有限元模型的建立
根据框架剪力墙结构特点并加 以适当简化 ， 利 用 Ａ ＳＳ Ｎ Ｙ 软件建立其抗震结构和层 间隔震 结构两
种有 限 元 模 型。对 于结 构 的 梁、 构 件 均 采 用 柱 Ｂ ａ ４单元来模拟 ； ｅｍ 楼面及剪力墙采用 ｓｅ６ ｈｌ ３单元 ｌ 模拟 ； 在相应的层 间柱顶选 中对应 的位置赋 予铅 芯 叠层橡胶支座（ Ｚ ４０型号 ） Ｇ Ｙ０ 材料属性从而实现层
中圈分类号 ：Ｕ ５ ． Ｔ ２ ２１
工程抗震的 目标是减轻工程结构 的地震破坏 ， 降低地震灾害造成的损失。传统的抗震设计方法是
量为 ３ ２ ．５×１ 加 ａ 密 度为 ２０ ｋ／ ’ 泊松 比为 ０ Ｐ， ６０ ｓｍ ， ０２ ； ．０ 铅芯叠层橡胶支座的剪切弹性模量为 ０ ５ ．５Ｘ
第 ２ 卷 第 １ 期 ７ １ ２ １ 年 ６月 ０１
甘肃科技
Ｇａ ｓ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｎ ｕ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ
Ｚ２ ．７
Ⅳ０ １ ．１
Ｊｎ ２ １ ｕ ． Ｏｌ
层 间隔震 结构 动 力 特 性 及 地 震 响应 分 析
黄小健 ， 歆冬 ， 赵 马
１ ． ５
０ ３ １９ ．６ ６
０４ ６ ８ ．５ ７ ０ ６４ ６ ．７ ５ ０ ７３ ２ ．５４
１５ ８ ． ９１ ３ １７ ４ ４ ．２ ９ ２．２ ４ ０５９ ２． ３ ４ １５ ９
２３６９ ．５ ４
２４Ｏ２ ．９ ｌ ２６８４ ．７ ３ ２． ５ ２ ９６３ ３． ４ ８ ３７４
摘
辉
（ 西安建筑科技大学 土木工程学院， 陕西 西安 ７０５ ） １０５ 要： 层间隔震是最近发展起来的一种新型隔震形式 ， 是对结构进行地震反应控制的一种减震技术。以框架剪力
墙结构为例， 利用 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 软件建立其抗震结构和隔震结构有限元模型。通过模态分析， 得到结构的频率； 通过地震
增加 ， 有效地延长了建筑物的基本周期 ， 使结构的基 本周期远离建筑场地的卓越周期 ， 而避开 了地震 从
的主要携能频带 ， 减轻了结构的地震反应 。
间隔震。框架剪力墙结构采用 Ｃ ０ Ａ 混凝土 ， 弹性模
１０ ２
表 １ 结构的 自振频率
甘
肃
科
技
Βιβλιοθήκη Baidu
第 ２ 卷 ７
抗震结构
Ｏ７６１ ．２ ２
０ ８５ １ ． ４ ６
１ １６ １ ．３ ２ １４４ ２ ．２ ５ １４ ３２ ．９ ４ １６ １８ ．３ ５ １９９ ３ ．８ ７
２ ２７ ５ ． １９ ２ ３ １９ ．７ ８ ２７８１ ．９ ２
况， 峰值为 ４ ０ａ， ０ｇｌ时间间隔为 ０ ０ ｓ持 时为 ２ ｓ ．２， ０。 对抗震结构和层间隔震结构依次输入上述地震波进 行地震反应分析 ， 分别得到结构层间位移幅值、 加速 度幅值及层间剪力 ， 见表 ２ ４所示 。 ～ 从表 ２— ４中有关层间位移、 加速度及层间剪力 中可知 ， 在罕遇地震作用下 ， 层间隔震结构各楼层层 间位移 比抗震结构各楼层层间位移均减小 ， 变形主 要集 中在隔震层 ， 从而抑制 了水平地震作用 向上部 结构 的传递 ； 抗震结构与层 间隔震结构的位移 幅值 反应 比最大为 ２ ．７ ； 隔震层上部结构基本作整 ５ ３３且 体平动 ， 所以层间隔震结构 能有效地减小结构的地 震位移反应。在罕遇地震作用下 ， 采用橡胶 隔震支 座的层间隔震结构各楼层的相对加速度幅值均 比抗 震结构相应楼层加速度幅值减小 ， 抗震结构与层 间 隔震结构加速度 幅值反应 比最大为 ５ ４０ 表 明结 ．７ ， 构采用橡胶隔震支座进行层间隔震能较好地降低结 构水平地震反应 ， 具有 良好 的隔震效果 。从抗震结 构与层 间隔震结构的层 间剪力分析对 比可知， 间 层 隔震结构可 以有效地减小结构的各层间剪力。
层 的框架剪力墙结构 为例 ， 隔震层设 置在 刚度 和 将 质量均突变的二层顶和三层底之 间， 利用 Ａ ｓｓ ｎｙ 有
限元软件建立抗震结构和层间隔震结构并对结构进 行动力特性和地震 响应分析 ， 比较层 间隔震与非 隔 震体系的减震效果 ， 为该类结构设计提供一定 的科 学依据和技术参考。
层间隔震结构
０ ３４ ０ ．３４
３ 地震 响应分析
采用动力时程分析法对结构进 行地震反应研 究， 选择 Ｅ ｅｔ 波作为地震激励 。根据建筑抗震 ＬＣ ｎ ｏ ｒ 设计规范¨ 和西安设 防烈度要求 ， 虑罕遇地震情 考
０７４３ ．５ ２ ０８７４ ．２ ４ １０８５ ．３ ７
圈 １ 结构三维有 限元模型
２ 模态分析
在上述两种三维有限元模型中， 利用 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 有
限元软件并采用 ＢｏｋＬｎｚｓ ｌ ａｃ 算法对其进行求解 ， ｃ ｏ 得出各种模型的前 十五 阶频率 ， 见表 １ 。图 ２为结 构的自振频率的变化趋势 。 从表 １的结构频率可知 ， 抗震结构基本周期为 １３７ １； 间隔震结构基本周期为 ２ ９０３ 。层 ．７ ０ ｓ层 ．９４ ｓ 间隔震结构相对于抗震结构来说 。 周期差别显然是
楼层的加速度幅值减小 ， 层间位移幅值也减小， 变形集中在隔震层； 可以有效地减小各层层间剪力 ， 层间隔震结构具
有 良好 的减震效果 。
关键词 ： 间隔震 ； 层 橡胶支座 ； 动力特 性 ； 震响应 ； ｔ ｇ 有限元分析
１ ａ水 平 动 刚 度 为 １Ｎ ｍ 等 效 粘滞 阻尼 比 ＯＰ ， ｋ ／ ｍ，
上述建立得到两种结构三维有限元模型 ， 图 １ 如 所
示。
的。这种方法主要是依靠结构 自身的塑性变形和延 ０ ２ ； 面厚为 １０ ｍ， ．３ 楼 ２ ｍ 剪力墙厚为 ３０ ｍ。根据 ０ｒ ａ
了解框架剪力墙结构的层 间隔震 效果 ， 文以十二 本
通过“ 二阶段三水准” 的设计方法作为准则来实 现
性来抵抗地震作用， 它最终是 以结构和 内部设备 在 强震下破坏为前提的。近年来随着科学技术 的飞速
发展 ， 减震控制技术 已逐步进入结构设计领域 ， 中 其 又 以减少地震能量 向建筑物 的上部结构传递 的“ 隔 震” 被动控制技术 最为成熟 ， 并在 国内外 已有 工程 中得到 了成功的应用 。 Ｊ 层间隔震技术是在基础隔震的基础上发展起来 的一种新型隔震技术 ， 它是将 隔震装置设置在某层 柱子和楼板之间进行建筑结构地震响应控制。为 了
很明显 的， 并且可以发现层 间隔震结构的周期大大
ｌ 有限元模型的建立
根据框架剪力墙结构特点并加 以适当简化 ， 利 用 Ａ ＳＳ Ｎ Ｙ 软件建立其抗震结构和层 间隔震 结构两
种有 限 元 模 型。对 于结 构 的 梁、 构 件 均 采 用 柱 Ｂ ａ ４单元来模拟 ； ｅｍ 楼面及剪力墙采用 ｓｅ６ ｈｌ ３单元 ｌ 模拟 ； 在相应的层 间柱顶选 中对应 的位置赋 予铅 芯 叠层橡胶支座（ Ｚ ４０型号 ） Ｇ Ｙ０ 材料属性从而实现层
中圈分类号 ：Ｕ ５ ． Ｔ ２ ２１
工程抗震的 目标是减轻工程结构 的地震破坏 ， 降低地震灾害造成的损失。传统的抗震设计方法是
量为 ３ ２ ．５×１ 加 ａ 密 度为 ２０ ｋ／ ’ 泊松 比为 ０ Ｐ， ６０ ｓｍ ， ０２ ； ．０ 铅芯叠层橡胶支座的剪切弹性模量为 ０ ５ ．５Ｘ
第 ２ 卷 第 １ 期 ７ １ ２ １ 年 ６月 ０１
甘肃科技
Ｇａ ｓ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｎ ｕ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ
Ｚ２ ．７
Ⅳ０ １ ．１
Ｊｎ ２ １ ｕ ． Ｏｌ
层 间隔震 结构 动 力 特 性 及 地 震 响应 分 析
黄小健 ， 歆冬 ， 赵 马
１ ． ５
０ ３ １９ ．６ ６
０４ ６ ８ ．５ ７ ０ ６４ ６ ．７ ５ ０ ７３ ２ ．５４
１５ ８ ． ９１ ３ １７ ４ ４ ．２ ９ ２．２ ４ ０５９ ２． ３ ４ １５ ９
２３６９ ．５ ４
２４Ｏ２ ．９ ｌ ２６８４ ．７ ３ ２． ５ ２ ９６３ ３． ４ ８ ３７４
摘
辉
（ 西安建筑科技大学 土木工程学院， 陕西 西安 ７０５ ） １０５ 要： 层间隔震是最近发展起来的一种新型隔震形式 ， 是对结构进行地震反应控制的一种减震技术。以框架剪力
墙结构为例， 利用 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 软件建立其抗震结构和隔震结构有限元模型。通过模态分析， 得到结构的频率； 通过地震
增加 ， 有效地延长了建筑物的基本周期 ， 使结构的基 本周期远离建筑场地的卓越周期 ， 而避开 了地震 从
的主要携能频带 ， 减轻了结构的地震反应 。
间隔震。框架剪力墙结构采用 Ｃ ０ Ａ 混凝土 ， 弹性模
１０ ２
表 １ 结构的 自振频率
甘
肃
科
技
Βιβλιοθήκη Baidu
第 ２ 卷 ７
抗震结构
Ｏ７６１ ．２ ２
０ ８５ １ ． ４ ６
１ １６ １ ．３ ２ １４４ ２ ．２ ５ １４ ３２ ．９ ４ １６ １８ ．３ ５ １９９ ３ ．８ ７
２ ２７ ５ ． １９ ２ ３ １９ ．７ ８ ２７８１ ．９ ２
况， 峰值为 ４ ０ａ， ０ｇｌ时间间隔为 ０ ０ ｓ持 时为 ２ ｓ ．２， ０。 对抗震结构和层间隔震结构依次输入上述地震波进 行地震反应分析 ， 分别得到结构层间位移幅值、 加速 度幅值及层间剪力 ， 见表 ２ ４所示 。 ～ 从表 ２— ４中有关层间位移、 加速度及层间剪力 中可知 ， 在罕遇地震作用下 ， 层间隔震结构各楼层层 间位移 比抗震结构各楼层层间位移均减小 ， 变形主 要集 中在隔震层 ， 从而抑制 了水平地震作用 向上部 结构 的传递 ； 抗震结构与层 间隔震结构的位移 幅值 反应 比最大为 ２ ．７ ； 隔震层上部结构基本作整 ５ ３３且 体平动 ， 所以层间隔震结构 能有效地减小结构的地 震位移反应。在罕遇地震作用下 ， 采用橡胶 隔震支 座的层间隔震结构各楼层的相对加速度幅值均 比抗 震结构相应楼层加速度幅值减小 ， 抗震结构与层 间 隔震结构加速度 幅值反应 比最大为 ５ ４０ 表 明结 ．７ ， 构采用橡胶隔震支座进行层间隔震能较好地降低结 构水平地震反应 ， 具有 良好 的隔震效果 。从抗震结 构与层 间隔震结构的层 间剪力分析对 比可知， 间 层 隔震结构可 以有效地减小结构的各层间剪力。
层 的框架剪力墙结构 为例 ， 隔震层设 置在 刚度 和 将 质量均突变的二层顶和三层底之 间， 利用 Ａ ｓｓ ｎｙ 有
限元软件建立抗震结构和层间隔震结构并对结构进 行动力特性和地震 响应分析 ， 比较层 间隔震与非 隔 震体系的减震效果 ， 为该类结构设计提供一定 的科 学依据和技术参考。
层间隔震结构
０ ３４ ０ ．３４
３ 地震 响应分析
采用动力时程分析法对结构进 行地震反应研 究， 选择 Ｅ ｅｔ 波作为地震激励 。根据建筑抗震 ＬＣ ｎ ｏ ｒ 设计规范¨ 和西安设 防烈度要求 ， 虑罕遇地震情 考
０７４３ ．５ ２ ０８７４ ．２ ４ １０８５ ．３ ７
圈 １ 结构三维有 限元模型
２ 模态分析
在上述两种三维有限元模型中， 利用 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 有
限元软件并采用 ＢｏｋＬｎｚｓ ｌ ａｃ 算法对其进行求解 ， ｃ ｏ 得出各种模型的前 十五 阶频率 ， 见表 １ 。图 ２为结 构的自振频率的变化趋势 。 从表 １的结构频率可知 ， 抗震结构基本周期为 １３７ １； 间隔震结构基本周期为 ２ ９０３ 。层 ．７ ０ ｓ层 ．９４ ｓ 间隔震结构相对于抗震结构来说 。 周期差别显然是