理论教育 建筑结构抗震设计:隔震原理及效果分析

建筑结构抗震设计:隔震原理及效果分析

时间:2023-09-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:图9-1结构基底隔震示意图图9-2隔震结构计算简图我们知道,当结构体系总水平惯性力超过结构基底滑动摩擦力时,体系就会发生滑动,反之,体系不发生滑动。Vs/V0≥1时,表示结构虽然采用了隔震措施,但未发生滑动,隔震措施不产生效果,等同于传统的非隔震体系。因此,隔震措施起作用的条件是Vs/V0<1。隔震装置的充分变形,可以降低隔震结构自振频率,从而使结构地震反应有较大衰减。

建筑结构抗震设计:隔震原理及效果分析

隔震设计指在房屋基础、底部或下部结构与上部结构之间设置由橡胶隔震支座和阻尼装置等部件组成具有整体复位功能的隔震层,以延长整个结构体系的自振周期,减少输入上部结构的水平地震作用,达到预期防震要求(图9-1)。

对变形特征为剪切型的结构,其计算简图可采用剪切模型(图9-2),并基于以下假定:基础底部视为一质量m0的质点,将隔震装置简化为一个与其具有相同阻尼比ζeq和刚度Kh滑动摩擦部件。

图9-1 结构基底隔震示意图

图9-2 隔震结构计算简图

我们知道,当结构体系总水平惯性力超过结构基底滑动摩擦力时,体系就会发生滑动,反之,体系不发生滑动。结构的地震作用是衡量结构受力的定量指标,而对于以剪切变形为主的结构,地震作用可以用结构的基底剪力进行度量。如果我们用Vs表示结构采用滑动减震措施后的最大基底剪力,用V0表示该结构非隔震时不产生滑动条件下在地震时可能出现的最大基底剪力,则Vs/V0可大致定量地反映结构的隔震效果。Vs/V0≥1时,表示结构虽然采用了隔震措施,但未发生滑动,隔震措施不产生效果,等同于传统的非隔震体系。因此,隔震措施起作用的条件是Vs/V0<1。

结构采用滑动隔震措施后,发生滑动时的最大基底剪力恒等于摩擦力,可以表示为

对于以剪切变形为主的非隔震结构,根据底部剪力相等原则,可得(www.daowen.com)

式中,k,β意义同第3章。故

上式为考虑了结构本身动力特性的隔震效果简易判别式,α值越小,隔震效果越好。α的取值与地震烈度成正比,β的取值一般与结构刚度成正比。因此,滑动隔震用于高烈度区(k大)和刚性较大的结构(β大)效果更为显著。另外,采用摩擦系数较低(μ小)或水平刚度小的隔震装置也可以增大隔震效果。从动力学角度来讲,地震动与隔震结构频率比越大,隔震能力越强。隔震装置的充分变形,可以降低隔震结构自振频率,从而使结构地震反应有较大衰减。

但并不是所有的结构都适合采用隔震设计,采用隔震设计的建筑结构应符合下列各项要求:

(1)结构高宽比宜小于4,且不应大于相关规范规程对非隔震结构的具体规定,其变形特征接近剪切变形,最大高度应满足本规范非隔震结构的要求;高宽比大于4或非隔震结构相关规定的结构采用隔震设计时,应进行专门研究。

(2)建筑场地宜为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,并应选用稳定性较好的基础类型。

(3)风荷载和其他非地震作用的水平荷载标准值产生的总水平力不宜超过结构总重力的10%。

(4)隔震层应提供必要的竖向承载力、侧向刚度和阻尼;穿过隔震层的设备配管、配线,应采用柔性连接或其他有效措施以适应隔震层的罕遇地震水平位移。

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