隔震设计报告Word文档格式.docx

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s）

振型

振型1

振型2

振型3

周期（s）

0.60490（X向）

0.60377（Y向）

0.55091（扭转）

3、隔震支座的初步选取

图2地震影响系数曲线

已知场地特征周期Tg=0.40s，结构第一自振周期T1=0.60490s，由上图可见，T1落在反应谱的下降段上。

要达到把8度降低到7度的目标，可以通过延长结构周期来实现，即在8度下使隔震结构的地震影响系数原结构在8度下地震影响系数的27%—40%，这里首先取减震系数为30%，则有

式中，Tiso为隔震后的结构周期。

由此可得

。

隔震后，由于在底部增加了一层楼板（如图3所示），故上部结构总质量会有所增加，通过ETABS可以查得，隔震后总质量m=2417t。

图3隔震后结构增加了一层楼板

表3给出了隔震结构的楼层集中质量信息。

表3隔震结构的楼层集中质量（单位：

672.9

2417

可将上部结构视为刚体，用公式

来近似表示隔震后结构的周期，由此可得隔震层的水平刚度

=

=17.942KN/mm

本隔震设计拟采用天然橡胶支座（NRB），不考虑其附加的阻尼作用。

该框架共有16根柱子，假设每根柱子下面布置一个NRB，则单个支座的水平刚度为

假设结构自重由所有柱子均匀承担，则每根柱子所受压力为N1=24170/16KN=1510.625KN。

根据先前预计，隔震后的结构在8度罕遇地震（

）下的地震影响系数将变为

.由此可以估算隔震层的水平位移为

隔震层水平刚度

和位移

是选择橡胶支座（NRB）的重要依据。

但同时也应注意到，隔震设计是在尽可能小的水平刚度和可接受的水平位移之间寻求平衡点。

因此，支座的选取往往不是一次就能成功的，而是需要经过多次试算，反复比较。

经试算，选用无锡圣丰建筑新材料有限公司生产的FUYO天然橡胶支座G4S2=5系列产品NRB800，其力学性能参数如下表所示。

表4NRB800橡胶支座的力学性能

型号

Dp

（mm）

基准面压

（MPa）

长期荷载

（KN）

Kv

（Kn/mm）

100%性能Kh（KN/mm）

NRB800

40

15

7521

3517

1.238

该支座的各项指标均能够满足预先估计的水平刚度、变形量以及竖向承载的要求。

在每根柱子下布置一个橡胶支座NRB800，如图4所示。

在ETABS中叠层橡胶支座可用线性弹簧来模拟，并且不考虑其提供的附加阻尼。

图4叠层橡胶支座的布置（XJD表示橡胶支座）

4、地震波的选取

接下来需要进行时程分析，以验证隔震结构确实能够达到预期的减震效果。

选择地震波要综合考虑峰值加速度、频谱特性、持续时间三个要素，使之尽量与建筑场地相符合。

本工程采用已经给定的三条归一化地震波AW1、AW2、E186（图5、6、7），峰值加速度下表确定。

表5地震峰值加速度（

）

烈度

小震

中震

大震

7度

35

110

220

8度

70

210

400

图5AW1（间隔0.02s）

图6AW1（间隔0.02s）

图7地震记录E186（间隔0.005s）

由表2可以看出，结构的第一周期与第二周期十分接近，说明结构是很规则的。

因此，为了简化起见，本工程可以仅考虑X方向的地震作用。

5、隔震效果分析

隔震后结构第一、二振型的的周期均为2.252s，达到了延长周期的目的。

5.1减震系数的确定

定义减震系数

式中，

—减震系数；

V2—隔震结构在8度下的层间剪力；

V1—非隔震结构在8度下的层间剪力。

是反映隔震效果的重要指标。

表6列出了8度大、中、小震下非隔震结构与隔震结构层间剪力的对比。

表68度大、中、小震下非隔震结构与隔震结构层间剪力比较（KN）

地震

水准

楼层号

地震波

非隔震结构V1

最大值V1max

隔震结构V2

最大值V2max

减震系数

β=V2max/V1max

8度

STORY2

AW1

1183

319.2

26.98%

AW2

1115

272.9

E186

1029

182.5

STORY1

1815

661.4

36.44%

1686

576.9

1166

352.7

3549

957.6

3346

818.7

3087

547.6

5446

1984

36.43%

5059

1731

3499

1058

6761

1824

6373

1560

186

5880

1043

10370

3779

9636

3297

6665

2015

根据我国《建筑抗震设计规范》，隔震后上部结构的设防烈度可以降低，水平向减震系数与隔震后结构水平地震作用所对应烈度的分档见表7。

表7水平向减震系数与隔震后结构水平地震作用所对应烈度的分档

基本设防烈度

隔震后可降低到的烈度

0.53≥β≥0.40

0.40>

β>

0.27

β≤0.27

8（0.20g）

7（0.15g）

7（0.10g）

取8度中震第一层（STORY1）的减震系数作为结构的整体减震系数，即

由表7可知，0.40>

0.27，因此上部结构按7度设计即可达到8度的设防目标。

5.2隔震前后层间位移角的比较

表88度大、中、小震下非隔震结构与隔震结构层间位移角比较（rad）

地震水准

非隔震结构θ1

隔震结构θ2

减少率

（θ1-θ2）/θ1

8度小震

1/682

1/2571

73.47%

1/746

1/3015

75.25%

1/862

1/4566

81.08%

1/523

1/1538

65.99%

1/556

1/1779

68.75%

1/867

1/2904

70.14%

8度中震

1/227

1/857

73.51%

1/249

1/1005

75.22%

1/287

1/1522

81.14%

1/174

1/513

66.08%

1/185

1/593

68.80%

1/289

1/968

8度大震

1/119

1/450

73.56%

1/131

1/528

75.19%

1/151

1/799

81.11%

1/91

1/269

66.17%

1/97

1/311

68.81%

1/152

1/508

70.08%

由表8可以看出，8度大、中、小地震下隔震结构比非隔震结构的层间位移角有显著的减小。

传统的非隔震结构在大震下层间位移角很大，这样即使结构不倒塌，震后也会因器物、装修严重损坏而使房屋无法继续使用；

而隔震后不仅能保证结构在大震下的安全，而且能保证结构的使用性能不受到大的影响，如室内器物、装修基本不损坏。

5.3隔震结构在8度下与非隔震结构在7度下的层间剪力比较

隔震后，上部结构只需按7度（0.10g）即可。

为了更好地了解隔震结构的性能，我们可以将隔震结构在8度下的层间剪力与非隔震结构在7度下的层间剪力进行比较，见表9。

表9隔震结构在8度下与非隔震结构在7度下的层间剪力比较

非隔震结构7度下

层间剪力最大值V1（KN）

隔震结构8度下

层间剪力最大值V2（KN）

层间剪力减少比率

X向

（V2-V1）/V1

591.6

319.2

46.04%

907.7

661.4

27.13%

1859

957.6

48.49%

2853

1984

30.46%

3718

1824

50.94%

5705

3779

33.76%

由表9可见，隔震结构在8度下的层间剪力比非隔震结构在7度下的层间剪力还要小得多。

这更加说明了，采取隔震措施后，上部结构按7度设计完全可以达到8度的设防目标，而且还有一定的余量，结构的实际抗震能力比8度还要强。

5.4隔震层水平位移的验算

隔震后的上部结构即使在大震作用下其层间位移角也比较小。

因此，将第一层（STORY1）顶部刚性隔板质心的位移当做隔震层的位移对于隔震的橡胶支座来说是偏于安全的。

下面列出了ETABS软件输出的8度中震、大震下第一层（STORY1）顶部刚性隔板质心X方向的最大位移，亦即隔震层的水平位移Ux。

表10隔震结构在8度中震、大震下隔震层X向最大水平位移Ux近似值

地震水准

隔震层位移Ux（mm）

中震

143.9358

124.1131

73.4668

大震

274.1634

236.4059

139.9367

由表10可以看出，8度大震下隔震层的最大位移为274.1634mm，小于叠层橡胶支座的最大容许水平位移800

55%=440mm，因此是符合要求的，并且还有一定的富余量。

5.5橡胶支座压应力和拉应力验算

橡胶支座的压应力限值是保证隔震层在罕遇地震作用下强度和稳定的重要指标。

《建筑抗震规范》规定，橡胶隔震支座在永久荷载和可变荷载作用下组合的竖向平均压应力设计值，不应超过表11的规定，且在罕遇地震作用下不宜出现拉应力。

表11支座平均压应力限值

建筑类别

甲类建筑

乙类建筑

丙类建筑

平均压应力限值（MPa）

10

12

从软件分析结果中可以查出，在永久荷载下和可变荷载下（本例暂未考虑风荷载），一根柱子最大轴力标准值分别为N1=1981.56KN，N2=497.26KN。

因此，

，平均压应力为

，该建筑为丙类建筑，支座平均压应力限值为15MPa，符合要求。

通过比较可以8度AW1罕遇地震下，柱子的轴力取得最大值，最大拉力为359.4KN，和永久荷载下的轴力相比此值甚小，因此在罕遇地震作用下支座不会出现拉应力。

6结论

通过隔震，可以达到将地震作用降低1度的效果，即上部结构按7度设计可以实现8度的抗震设防目标。

7对隔震的思考与体会

我国是世界上遭受地震灾害最为严重的国家之一，近年来发生的汶川地震、玉树地震给我国带来了巨大的经济损失和人员伤亡。

每当大地震发生时，我们就会想：

如果在建造这些建筑物的时候能把它与地面的连接切断的话，那么就不会遭受这么大的伤害了。

基础隔震正是基于这种构想。

传统的抗震结构体系实质上是把结构本身（柱、梁、节点）作为耗能构件。

按传统抗震设计方法，容许结构本身及构件在地震中出现不同程度的损坏。

由于地震动的随机性和结构实际抗震能力设计计算的误差性，结构在地震中的损坏程度难以控制，特别是出现超过设防烈度的强震时，结构就更加难以确保安全。

所谓基础隔震就是在建筑物的基础与上部结构之间嵌入隔震装置（如叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座以及阻尼器等,如图8所示），以减少地震能量向上部结构的传递。

图8隔震结构示意图

叠层橡胶支座在水平方向有非常大的柔韧性，可将上部结构水平方向的摇动减小，从而达到降低地震波对上部结构产生的水平地震力。

同时，叠层橡胶支座具有很大的竖向刚度，这就保证了对上部结构的稳定支承。

如果需要进一步吸收地震能量，则应另外设置衰减装置，如选用阻尼器或将叠层橡胶支座与铅芯相结合的铅芯橡胶支座。

隔震建筑不仅是建筑本身，而且其内部物体也可免受地震影响，因此能保证建筑物的整体安全。

地震除了对结构本身造成破坏以外，对内部装修、家具、设备机械以及物品的损害也应引起我们的高度度重视。

而隔震建筑在地震作用下其上部结构层间位移较小，接近于刚体平移，因而内部损坏可大大降低。

隔震结构的分析可以采用有限元软件进行，如ETABS、SAP2000等。

这些软件提供了丰富的线性及非线性的叠层橡胶隔震单元、摩擦摆隔震单元、阻尼器单元等，可以轻松实现对隔震及消能减震减震结构的模拟。

隔震结构在细部设计上要注意与外界保持一定距离，以确保隔震层在地震来临时有足够的变形空间；

同时管线等也要采用柔性连接。

采用隔震后，上部结构的地震作用降低，因此可以降低设防标准，这样也就减小了上部结构的截面和配筋。

虽然隔震层部分会使房屋造价上升，但综合考虑隔震结构在地震中的表现以及对内部器物的保护，隔震结构在综合效益上要远远优于传统抗震结构。