1、隔震結構設計隔震結構設計2主要內容主要內容1. 隔震隔震原理簡介原理簡介2. 抗震設計抗震設計規范解讀規范解讀3. 隔震設計流程隔震設計流程4. 隔震設計軟件隔震設計軟件5. 設計案例設計案例3隔震基本原理隔震基本原理結構自振周期增加，加速度反應減小，位移反應增大結構阻尼增加，加速度反應減小，位移反應減小4隔震基本原理隔震基本原理隔震建筑更適宜建造在堅硬的場地上 隔震結構的設計需要在減小加速度響應和增大位移響應之間找到最佳的平衡點，并考慮不同場地作用的影響。5相關規范相關規范建筑結構荷載規范 GB50009-2012混凝土結構設計規范 GB50010-2010建筑抗震設計規范 GB50011-

2、2010建筑抗震設防分類標注 GB50223-2008橡膠支座第三部分：建筑隔震橡膠支座 GB/T 200688.3-2006建筑工程抗震性態設計通則（試用） CECS 160:2004疊層橡膠支座隔震技術規程 CECS 126:2001疊層橡膠支座基礎隔震建筑構造圖集 DBJT 25-99-2003 建筑結構隔震構造詳圖 03SG610-16抗震設計規范抗震設計規范隔震與消能減震設計隔震與消能減震設計7抗震設計規范抗震設計規范隔震與消能減震設計隔震與消能減震設計8抗震設計規范抗震設計規范隔震與消能減震設計隔震與消能減震設計9抗震設計規范抗震設計規范隔震與消能減震設計隔震與消能減震設計10抗震

3、設計規范抗震設計規范隔震與消能減震設計隔震與消能減震設計普通橡膠支座徐變曲線徐變量0.26%0255075100 125 150 175 2001.501.752.002.252.502.753.003.253.503.75Disp(mm)time(h) disp disprecord11抗震設計規范抗震設計規范隔震與消能減震設計隔震與消能減震設計12抗震設計規范抗震設計規范隔震與消能減震設計隔震與消能減震設計13抗震設計規范抗震設計規范隔震與消能減震設計隔震與消能減震設計抗震設計規范（01版）：當隔震支座直徑較大（如600mm）時可采用剪切變形100%時的等效剛度和等效粘滯阻尼比14抗震設計

4、規范抗震設計規范隔震與消能減震設計隔震與消能減震設計15抗震設計規范抗震設計規范隔震與消能減震設計隔震與消能減震設計16抗震設計規范抗震設計規范隔震與消能減震設計隔震與消能減震設計17抗震設計規范抗震設計規范隔震與消能減震設計隔震與消能減震設計18抗震設計規范抗震設計規范隔震與消能減震設計隔震與消能減震設計19抗震設計規范抗震設計規范隔震與消能減震設計隔震與消能減震設計20抗震設計規范抗震設計規范隔震與消能減震設計隔震與消能減震設計21抗震設計規范抗震設計規范隔震與消能減震設計隔震與消能減震設計22設計流程設計流程結構初步設計隔震方案選定隔震性能分析下部結構設計基礎設計地震動是否傳統抗震設計方

5、法，PKPM確定隔震支座參數，布置方案，附加阻尼器等采用SAP2000、Etabs、Midas等軟件，根據上部結構和隔震層參數，進行動力分析，驗證方案是否滿足預期的設計要求傳統抗震設計方法，PKPM傳統抗震設計方法，PKPM隔震目標根據建筑功能、場地條件、經濟性等初步確定隔震目標23隔震目標確定隔震目標確定1）隔震建筑的經濟性：采用隔震技術，增加了隔震支座費用、隔震構造措施費用，但減小了梁柱斷面，節約了鋼材和混凝土用量。根據工程經驗，對于高烈度區，采用隔震技術經濟性十分明顯，上部結構設計方案比較合理，一般能節約3%20%。2）隔震建筑的高效性：當地抗震設防烈度較高，場地條件好、上部結構規則、質

6、量和剛度分布均勻（包括平面和立面），可以初步確定上部結構水平地震作用按降低一度半考慮，對應水平向減震系數。3）隔震結構的可靠性：隔震建筑的設防目標一般應高于非隔震建筑。通過合理的隔震設計，建筑的設防目標可以達到“小震不壞、中震不壞或輕微破壞、大震不喪失使用功能或可修”，有時甚至超過此目標，實現基于性能的設計思想。24結構初步設計結構初步設計1）上部結構設計根據降低后的水平地震影響系數計算2）國外大量實踐驗證，隔震技術對與自振周期超過1s的高層結構同樣適用，故 2010 版抗規取消了 2001 版結構周期小于 1s 的限制。隔震建筑結構體型宜規則、對稱。 3）高層建筑一般會采用剪力墻結構、框剪結

7、構或者框架結構，在開始定方案時，應注意結構的高寬比不宜過大，一般控制在 3 以內比較好，不宜超過 4。對高寬比大的結構，需進行整體傾覆驗算，防止支座壓屈或出現拉應力超過 1MPa。高寬比超過 4，需要做超限審查。 4）采用隔震技術，上部結構剪重比依然要滿足本地區設防烈度的最小剪重比要求。 5）建筑場地宜為、類，并應選用穩定性較好的基礎類型。 25隔震方案隔震方案隔震層隔震層1）隔震層層高：對于沒有地下室的建筑，需要增加一層作為隔震層，這一層層高不宜太高，一般梁底到地面的凈高不應小于 600mm，建議不小于 800mm。這一要求主要是為了便于日后的隔震層維護和檢修。2）隔震層位置：基礎隔震，隔震

8、層位于地下室頂部或單獨設置隔震層；柱頂隔震，隔震層布置在一層柱頂；層間隔震3）特殊結構如大底盤多塔結構，其柱距較大，為不影響大底盤層的使用功能，可在上部結構與大底盤層之間，專門設置層高 1.5m2.0m 的隔震層。26隔震方案隔震方案隔震支座隔震支座疊層橡膠支座（天然、鉛芯、高阻尼）摩擦擺支座彈性滑動支座滾珠支座27隔震方案隔震方案支座布置支座布置1）同一隔震層內，各個橡膠隔震支座的豎向壓應力宜均勻，且豎向平均應力不應超過丙類建筑的限值15MPa。2）鉛芯隔震支座盡可能布置在周邊，天然橡膠支座布置在中央3）支座布置：一柱一支座，多柱一支座，墻下支座4）下部結構方案：獨立柱，柱加拉梁，柱加短肢剪

9、力墻5）疊層橡膠支座隔震技術規程（CECS 126:2001）：隔震層總受壓承載力設計值應大于上部結構總重力代表值的1.1倍。每個隔震支座的受壓承載力設計值應大于上部結構傳遞到隔震支座的重力代表值。需要考慮豎向地震作用時，上部結構傳遞到隔震支座的重力代表值，8度和9度時可分別取上部結構重力代表值的20%和40%。6）抗規（GB50011-2010）平均壓應力設計值應按永久荷載和可變荷載的組合，對需驗算傾覆的結構應包括水平地震作用效應組合；對需要進行豎向地震作用計算的結構，尚應包括豎向地震作用效應的組合。28隔震設計隔震設計原結構隔震結構減震系數罕遇地震結構驗算隔震構造及連接滿足地震動隔震層大于

10、假設值遠小于假設值不滿足滿足隔震分析報告假設一個減震系數進行上部結構設計布置隔震層，形成隔震結構時程分析，得到水平減震系數支座軸力、剪力、變形驗算連接細部設計形成分析報告，供其他部分設計參考29隔震構造隔震構造隔震層隔震層30隔震構造隔震構造隔震層隔震層31隔震構造隔震構造立管立管32隔震構造隔震構造立管立管33隔震構造隔震構造水平管水平管34隔震構造隔震構造水平管水平管35隔震構造隔震構造電纜、電線電纜、電線36隔震設計軟件隔震設計軟件總體上分為兩類：1）隔震支座與上部結構同時分析計算，不需要考慮“水平向減震系數”，如MIDAS2) 上部結構和隔震層分開設計，先按隔震結構進行動力分析，得到“

11、水平向減震系數”，再用常用結構分析軟件進行設計。如Sap2000、Etabs等。37隔震設計軟件隔震設計軟件Sap2000Sap2000 通用結構有限元分析與設計軟件SAP2000軟件具有集成化圖形用戶界面，豐富的模板供用戶高效、準確地建立有限元分析模型。SAP2000軟件具有框架單元、索單元、板單元、殼單元、平面單元、實體單元、連接單元、鉸單元等單元，提供線性和非線性、靜力和動力分析，可以進行靜力分析、振型分析、反應譜分析、時程分析、屈曲分析、移動荷載分析、穩態分析、功能譜密度分析、靜力Pushover分析、施工順序加載分析等.同時SAP2000是通用有限元分析與設計軟件，適用于橋梁、工業建

12、筑、輸電塔、設備基礎、電力設施、索膜結構、運動場所、演出場所等特種結構。38隔震設計軟件隔震設計軟件橡膠隔震單元橡膠隔震單元有效剛度：即隔震支座的等效剛度，可用于計算自振周期剛度：隔震支座初始剛度，抵抗風荷載39隔震設計軟件隔震設計軟件摩擦隔震單元摩擦隔震單元剪切變形與摩擦塑性耦合，具有在剪切方向上沿滑移后的滑移后剛度，在軸向上具有縫行為，對于彎矩具有線性有效剛度40隔震設計軟件隔震設計軟件摩擦隔震單元摩擦隔震單元在剪切自由度上具有和摩擦擺隔震類似的行為，在軸向上具有縫與鉤的行為，不僅可以受拉也可以受壓，在三個彎矩變形上也具有非線性行為41隔震設計軟件隔震設計軟件Sap2000Sap20004

13、2隔震設計軟件隔震設計軟件Sap2000Sap200043隔震設計案例隔震設計案例某變電站工程某變電站工程第一章：工程概況1.1 工程簡介1.2 抗震設防要求1.3 場地條件1.4 本報告擬達到目的1.5 分析計算依據第二章：結構分析軟件及分析模型2.1分析軟件2.2建模策略2.3重力荷載輸入第三章：隔震方案分析3.1 隔震支座的平面布置及參數3.3 隔震結構周期3.4 隔震分析地震波3.5 時程分析結果3.6 水平向減震系數確定3.7 結構隔震情況下支座承載力需求3.8 結構隔震情況下支座變形需求3.9 隔震連接方案結論第四章：隔震支座連接驗算與初步設計4.1 隔震層豎向承載力驗算4.2 隔

14、震層變形能力驗算4.3 隔震支座水平屈服荷載驗算4.4 隔震支座在罕遇地震下的拉應力驗算4.5 隔震層構造要求第五章：附錄附錄1 加速度、位移時程分析結果附錄2 隔震結構時程分析支座內力包絡圖附錄3 隔震結構支座內力組合44隔震設計案例隔震設計案例工程概況工程概況1.1 1.1 工程簡介工程簡介 本工程為現澆鋼筋混凝土框架結構，地上6層，建筑物高度(室外地面至主要屋面板的板頂) 23.8m,采用層間隔震方案，隔震層設置在一層柱頂。1.2 1.2 抗震設防要求抗震設防要求 按建筑抗震設計規范（GB50011-2010），該地區地震基本烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20g。本工程按照抗震規

15、范設防地震加速度0.2g地區進行設計, 小震、中震和大震下地面加速度峰值（PGA）分別為0.10g、0.20g和0.4g，相應的結構響應加速度為0.16g、0.53g和0.90g。 1.3 1.3 場地條件場地條件 本工程擬建站址屬于對建筑抗震一般地段，地面20m深度范圍內場地土的類型以中軟土為主，且覆蓋層厚度大于50m，建筑場地類別劃分為類，設計地震分組為第二組。特征周期 ，多遇地震下， 地震影響系數 ，罕遇地震下，地震影響系數 。1.4 1.4 本報告擬達到目的本報告擬達到目的 確定合理的隔震層參數，達到70%減震效果，并保證上部結構與支座的連接安全性。max0.90max0.1645隔震

16、設計案例隔震設計案例分析模型分析模型 在隔震層的設計中，隔震支座的選用必須滿足規范對面壓限值的要求，因此需要選用足夠大的隔震支座。根據計算得到的支座的豎向承載力需求，本工程選擇LRB500、LRB600、LRB800、LRB900、LRB1000、LRB1200五種支座，隔震支座的布置如下圖所示，46隔震設計案例隔震設計案例隔震周期隔震周期 采用隔震方案后，一階振型為結構y向平動，二階振型為x向平動，三階振型為結構扭轉，一階周期由原來的0.64s延長為2.03s，延長到2倍以上振型周期（s）隔震前隔震后10.6394472.03212420.635662.02953330.5449681.77

17、756340.1790310.30260750.1775820.29826660.1541150.26038370.1314970.14629180.1292140.14360590.1254410.133357100.124380.132709110.1208930.127875120.1204180.12758647隔震設計案例隔震設計案例地震動選取地震動選取 建筑抗震設計規范（GB50011-2001）規定，采用時程分析法時，應按建筑場地類別和設計地震分組選用不少于二組的實際強震記錄和一組人工模擬的加速度時程。本工程選用El-centro波、Taft波兩條強震記錄和一條人工模擬地震動。根

18、據規范5.1.2規定，遭遇偶遇地震時，時程分析時所用地震動加速度時程最大值為200gal，偏于安全并保證與反應譜的一致性，實際調幅達到240gal，調幅后的時程曲線如圖48隔震設計案例隔震設計案例地震動選取地震動選取 建筑抗震設計規范（GB50011-2001）規定，當結構采用三維空間模型等需要雙向地震動（兩個水平向）或三向地震動（兩個水平向一個豎向）輸入時，其加速度最大值通常按1:0.85:0.65取值49隔震設計案例隔震設計案例基底剪力時程結果基底剪力時程結果 采用隔震可以大幅度降低基底剪力，保證上部結構安全50隔震設計案例隔震設計案例水平減震系數水平減震系數減震系數基底反力EL-Cent

19、ro波人工波Taft波平均值中震非隔震結構最大值（kN）392462933530465734343545隔震結構最大值(kN)5049557100806335805156減震系數0.1290.2860.1690.194大震非隔震結構最大值（kN）784925865914971254949671隔震結構最大值(kN)17328828207030919786449減震系數0.2210.3500.1780.250 按規范規定采用設防地震動即中震值作為水平向減震系數，考慮足夠的安全儲備，水平向減震系數取最大值0.35。上部結構水平地震作用可以降低一度按照抗震設防烈度7度（0.10g）進行設計。51隔震

20、設計案例隔震設計案例分析模型分析模型 隔震支座通過面壓控制，通常控制在68Mpa，本例中最大面壓為9.8Mpa52隔震設計案例隔震設計案例支座性能需求支座性能需求 隔震支座承載力需求豎向最大承載力需求（kN） 水平最大承載力需求（kN）LRB500976.8249.3LRB6002143.0457.0LRB8004327.5657.4LRB9005633.1705.4LRB10007539.5828.4LRB120011104.4828.5位置隔震支座最大水平位移(mm)位移限值（mm）ELNSHAEWTANS平均值LRB500172.4203.598.3158.1275LRB600166.7

21、198.395.7153.6330LRB800166.1209.6101.3159.0440LRB900154.9198.795.8149.8495LRB1000166.3209.4101.2159.0549LRB1200165.6209.0101.0158.5660 隔震支座變形需求53隔震設計案例隔震設計案例風荷載驗算風荷載驗算54隔震設計案例隔震設計案例風荷載驗算風荷載驗算支座類型 屈服力Qd（kN）數量水平屈服荷載(kN) 總和（KN）LRB5005384245400.2LRB60079.12158.2LRB800128.26769.2LRB900147.16882.6LRB1000167.481339.2LRB1200261.07182755隔震設計案例隔震設計案例支座內力組合支座內力組合支座遍號軸力（kN）X