2023/5/71建筑結構隔震設計

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目

錄一、前言二、隔震結構的主要優缺點三、隔震結構的主要適用范圍四、隔震結構的設計內容五、隔震支座以上部分設計六、隔震支座的設計七、隔震結構的抗風設計八、隔震支座以下結構（懸臂柱或地下室）的設計九、隔震結構的構造措施2023/5/73一、前言

1、隔震設計技術以前用的不是很多。所以對于設計師來說這項先進技術的應用就是科技創新。近年來一些新技術在已開始試用，比如曲屈支撐、預應力等，這都是可喜的突破。

2、據了解隔震設計在其他設計院采用的也不多。一般是設計院與隔震公司合作設計，設計院僅作常規設計部分，核心部分的設計通常由隔震公司完成。換言之，設計單位沒有獨立設計能力。

3、隔震設計比常規設計難的多，工作量大，所以難以推廣。雖然有了設計規范，但隔震技術還處于“初期階段”，許多問題還在研究探討之中。

4、“落后就要挨打”。作為“國內一流、行業

領先”的設計院，必須盡快掌握這項新技術，否則只能自己稱自己“領先”，就會從“瞧不起”到“看不懂”，再到“跟不上”。

5、于院長在2016年年中工作會上的講話中，要求由技術質量部牽頭，專家咨詢中心和專業委員會通力配合，在技術創新方面有所突破。為了完成院長下達的任務，安排了這次培訓。

6、由于這項技術比較難，如果沒有反復深入的學習過這方面的知識，有些同事可能聽不懂，估計培訓效果不理想，不一定會獲得大家的好評，可能會出力不討好。但是總要有人作出“犧牲”，有人邁出這第一步。作為專家咨詢中心，應當承擔起這個責任，應當對中聯院的技術創新起到引領作用。

2023/5/747、這次講座厘清了隔震設計中的一些關鍵的概念和問題，比如小震、中震、大震、彈性、彈塑性、基本組合、標準組合、豎向地震、振型分解法、時程分析法等各用在什么情況下？這對大家今后的學習和設計肯定有幫助，大家可以對照著我的講稿來設計。這也是安排這次講座的另一個原因。

8、為了提高培訓效果，這次采用理論與實例相結合的辦法，看到實例就清楚了理論。

9、如果這次講座大家收獲不大，也請大家諒解。

二、隔震結構的主要優缺點

1、主要優點：提高結構在地震中的安全度（從震害調查看出）；減小隔震層以上部分構件的截面尺寸和配筋。

2023/5/752、主要缺點：綜合造價高（隔震支座的設備和安裝費大約是100元/平方米，不含土建增加費用）；設計麻煩；適用于部分建筑；不能減小豎向地震的作用。

三、隔震結構的主要適用范圍

1、結構高寬比宜小于4，且不應大于非隔震結構的高寬比限值。超過時需要進行專門研究和專項抗震審查。主要適用于低層及多層。

2、建筑場地宜為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類，并應選用穩定性較好的基礎類型。

3、風荷載和其他非地震作用的水平荷載標準值產生的總水平力不宜超過結構總重力的10%。

4、推薦使用范圍：重要的、有特殊要求的建筑，

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比如9度、8度（0.3g）等地震高烈度區，且地震時有特殊使用要求的建筑或地震后需要盡快回復使用功能的建筑。

四、隔震結構的設計內容

隔震結構是在普通結構的底部（基礎頂）或下部結構與上部結構之間設置橡膠隔震支座。隔震結構分為四部分：隔震支座以上部分、隔震支座、隔震支座以下部分和基礎。隔震支座的上面要設置一層短柱和梁板樓蓋結構，其板厚不小于160mm。短柱和梁板樓蓋構成計算模型的一層樓，與非隔震結構相比，這層是新加的，為了描述方便，稱其為0層。0層的層高一般取為短柱的高度，梁柱截面按實際尺寸輸入。當沒有地下室時，需要在隔震支座的下面設置鋼筋砼支柱；當有地下室時，隔

2023/5/77震支座直接放置在地下室柱頂。隔震支座以上部分屬于上部結構，隔震支座以下部分屬于下部結構。

橡膠隔震支座應具有整體復位功能。

隔震層能夠延長整個結構體系的自振周期，減少輸入上部結構的水平地震作用。隔震層的本質就是一種特殊的薄弱層，該薄弱層承載力可控，大震變形可控，且具有預定的復位功能等。隔震一般可使結構的水平地震加速度降低60%左右。即隔震后可使上部結構的設防烈度降低1~1.5度，不能降低2度，有1.5度時降低1.5度，沒有1.5度時降低1度，因為沒有6.5度。具體降低的烈度分檔見表1。

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隔震結構基礎的設計與常規設計相同，以下只介紹其他三部分的設計。

五、隔震支座以上部分設計

1、地震作用通過隔震支座后衰減，所以隔震支座以上部分是按照降低以后的烈度作為設防烈度，再按照小震、彈性、振型分解反應譜的方法進行設計。

2、隔震層以上結構一般降低1~1.5度，能否降低這個烈度，需要通過水平向減震系數β來控制。隔震后水平地震作用計算用的水平地震影響系數最大值通過公式αmax1=βαmax/ψ來計算，其中αmax1--隔震后的水平地震影響系數最大值；αmax—非隔震的水平地震影響系數最大值；β—水平向減震系數；對于多層建筑，為按彈性計算所得的隔震與非隔震各層層間剪力的最大比值。2023/5/710對于高層建筑，尚應計算隔震與非隔震各層傾覆力矩的最大比值，并與層間剪力的最大比值相比較，取二者的較大值；ψ—調整系數；一般橡膠支座，取0.8；支座剪切性能偏差為S-A類，取0.85；隔震裝置帶有阻尼器時，相應減少0.05。注：（1）彈性計算時，簡化計算和反應譜分析時宜按隔震支座水平剪切應變為100%時的性能參數（產品樣本提供）計算；當采用時程分析法時按設計基本地震加速度輸入進行計算；（2）支座剪切性能偏差按現行國家產品標準《橡膠支座第3部分：建筑隔震橡膠支座》GB20688.3確定。

β值的計算，不論是采用彈性還是彈塑性計算，都要按照設防烈度（中震）計算。大多數是采用彈塑性2023/5/711時程分析的方法，規范推薦的底部剪力法和反應譜法這兩種彈性計算方法一般少用，彈性時程分析法一般不用。采用的計算模型分別是隔震模型和非隔震模型。β值與隔震前后地震烈度的變化關系見前面表1。β值的計算見后面的例子。

3、隔震支座以上部分設計計算模型是將0層以下的隔震支座及以下部分取消，0層柱底鉸接，0層作為地上一層，嵌固端在0層柱底。

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隔震層頂蓋樓板厚不小于160，該層不是上部結構的嵌固處，是上部結構的底部在隔震層支座處的“收頭”，規范對其配筋構造沒有要求，可按照普通樓層板設計。建議按雙層雙向配筋，配筋率不小于0.20%。當有地下室時，地下室頂蓋的樓板取消，嵌固端仍在地下室頂蓋處（隔震支座底部），因為地下室按照罕遇地震作用計算，其強度、剛度都很大，可以作為上部結構的嵌固端。

4、隔震層以上結構的總水平地震作用不得低于非隔震結構在6度設防時的總水平地震作用，并應進行抗震驗算；各樓層的水平地震剪力尚應符合《抗規》

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第條對本地區設防烈度的最小地震剪力系數的規定。所以對于長周期的結構，即使采用了隔震結構，其設計計算的隔震效果很小或沒有效果。

5、9度時和8度且水平向減震系數不大于0.3時，隔震層以上的結構應進行豎向地震作用的計算。計算方法同9度時非隔震結構。豎向地震作用標準值，8度（0.20g）、8度（0.30g）和9度（0.40g）時分別不小于隔震層以上結構總重力荷載代表值的20%、30%和40%。隔震層以上采用振型分解反應譜法計算時要查看豎向地震作用標準值，如果小于總重力荷載代表值的20%、30%和40%，就要放大豎向地震作用的組合系數，使其滿足該要求。8度且水平向減震系數大于0.3時，按照隔震要2023/5/714求可以不考慮上部結構的豎向地震作用，但是如果滿足《抗規》5.3節的條件，也需要計算豎向地震作用，按照這節的方法計算，但不需要滿足隔震對豎向地震最小值的限值。

六、隔震支座的設計

1、用于隔震支座設計的隔震計算模型，是在0層柱的底下加入隔震支座，0層柱底鉸接。隔震層以下部分取消，計算嵌固端在0層柱底。隔震層的剛度是按照隔震支座的計算參數，采用“Rubberisolator”軟件模擬的。在隔震計算模型中將隔震支座取消，0層柱底固接，就得到非隔震計算模型，嵌固端仍然在0層柱底。

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2、隔震支座的設計和驗算，一般采用隔震模型，在中、大震作用下，彈塑性時程分析的結果。

3、地震波，一般選用5條實際強震記錄和2條人工模擬波，計算結果取平均值。多條時程曲線的平均地震影響系數曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符。所謂“在統計意義上相符”指的是二者在主要振型周期點上相差不大于20%，即平均基底剪力不小于振型分解反應譜法計算結果的80%，每條地震波的計算結果不小于65%，也不能大于135%，平均不大于120%。選波三要素：頻譜特性、有效峰值2023/5/716和持續時間。（1）頻譜特性可用地震影響系數曲線表征，依據場地類別和設計地震分組；（2）有效峰值就是地震加速度的最大值，為了使地震波在統計意義相符，有效峰值可以調大或調小；（3）有效持續時間一般從首次達到該時程曲線最大峰值的10%那一點算起，到最后一點達到最大峰值的10%為止，持續時間一般取結構基本周期的（5~10）倍，即結構頂點可按基本周期往復（5~10）次。

【例】西安高新一小東校區教學樓左3隔震設計

(一).工程概況

1.工程名稱:西安高新一小東校區教學樓左3

2.工程地點:西安

3.工程用途:學校

2023/5/7174.工程規模

(1)建筑面積：約4381.58m2；

(2)高度：建筑高度約為23.2m；

(3)層數：地上6層，地下1層。

5.主要自然條件

(1)場地類別：Ⅱ類；

(2)設計地震分組：第一組；

(3)特征周期：0.40s；

(4)抗震設防烈度：8度；

(5)設計基本地震加速度：0.20g；

(6)建筑抗震設防類別：重點設防類（乙類）

(7)基本風壓：0.35kN/m2。

6.結構概況2023/5/718(1)結構類型：鋼筋混凝土框架結構；

(2)抗震等級：二級（隔震后）；

(3)地基基礎設計等級：乙級。

(二).計算參數及隔震支座選型布置

1.計算程序

程序名稱：ETABS2013

程序功能：三維空間彈塑性時程分析及結構設計

2.ETABS模型建立

本工程使用大型有限元軟件ETABS建立隔震與非隔震結構模型，使用連接單元“Rubberisolator”模擬橡膠隔震支座。本結構模型依據PKPM模型，使用YJK程序轉換得到。ETABS模型如例圖1所示。

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例圖1結構有限元模型示意2023/5/7203.地震波設防烈度己下本工程云所選地震松動時程反蔥應譜如例喂圖2所示，翁結構基廈底剪力絡比較見狐例表1。例圖2地震動反啄應譜2023嗓/4/2游821由例表1可知，本任工程所選歇地震波滿坐足《抗規閣》相關要寸求。2023閥/4/2暮8224、驗算7條地震假波的符微合性時鴿，時程震分析采突用中震沈、彈塑并性、隔柿震模型疲，振型最分解反雪應譜法夸也是采繞用中震壁、彈性贏、隔震才模型。障采用中嶄震是因到為《抗浪規》12.綢2.5條的注1規定：嶺計算β粱值時，傘當采用副時程分搖析法時教按設計途基本地熔震加速烘度輸入積進行計榜算。由互于彈塑燙性時程霧分析采外用的是揭等效剛深度計算觀，與彈臉性時程偏分析的蒸結果相呆差不大唱（有計壞算比較塞），所滴以可以染用彈塑寄性時程派法與彈憲性反應艙譜法的棍結果直狀接相比潤，不算演矛盾。5、隔震柄支座選浴型布置隔震支座繡按照隔震棄模型在重宗力荷載代家表值作用窮下（1.0恒載+0.5活載）的歇豎向壓應狹力不能超頭過《抗規豎》表12.2搜.3的限值，江或者在重緞力荷載代扮表值作用榮下的豎向場力不超過匪隔震橡膠贈支座的豎筆向承載力味。據此初殼選隔202嫂3/4接/2823震支座蝕的型號織并布置騎，選擇驢原則應束使壓應肥力布置霧均勻，弦最大限齡度發揮殃隔震效之果。橡乏膠支座亦的豎向貿承載力蹦就是橡興膠支座啞的截面廉面積乘擋以壓應牲力的限留值，該齡承載力獲也可以茶從隔震罵橡膠支量座的產更品樣本殃中查到檔。比如捧鉛芯橡柳膠支座LRB償500，有效直傳徑為500m壺m，有效艦截面為3.1競4X2睜502=19煮625獸0mm2，1962凳50X1腿2=23末5500菜0N=2塌355k肥N，該值就獄是LRB5吊00的乙類抬建筑豎富向承載攤力。2023狗/4/2基824【例】4.隔震支烈座布置重力荷慎載代表鄉豐值作用譯下隔震食橡膠支請座的壓乖應力如建例表2所示。蜻例表2橡膠隔震門支座在重立力荷載代染表值作用陵下（1.0恒載+0.貢5活載）葛的豎向放壓應力202怠3/4欠/2825202孩3/4駁/2826由例表2可知，珠隔震支宵座重力揪荷載代副表值下發壓應力萬滿足《著抗規》12.2簽.3的要求南。本工程時選用鉛迫芯橡膠隨支座（LRB），隔震米支座相關幸力學性能自參數見例握表3。202歸3/4暈/2827本工程箭的隔震協支座布肚置如例繞圖3所示。例圖3隔震支座驅編號及布丘置2023績/4/2吃828例圖3所示，轟該項目視共使用LRB5繭00（7個），LRB必550（4個），LRB7霸00（4個），LRB8框00（8個）。6、驗算址隔震后扇兩個方謹向的周敘期差。封《疊層令橡膠支雪座隔震浪技術規硬程》（CECS劑126:碼2001）的4.1鐘.3條規定：脂“隔震房撕屋兩個方菊向的基本潛周期相差淋不宜超過皮較小值的30%”。隔佳震房屋販在兩個功方向的右基本周角期如果扁差別過李大，將省導致兩家個方向櫻隔震效勤果也差旨別較大饑，所以咱有必要醬限定兩番者相差園不宜超遙過較小叮值的30%。所以兩略個方向的桌周期差要跨驗算。斃【例】饒隔震結構輸與非隔震姨結構的周快期對比見浸例表4，隔震另后結構堆周期明壩顯延長膠。由例紛表4可知，竊采用隔遣震技術拖后，兩紅個方向折的基本灑周期相激差為（2.74厘24-2寶.695哈0）/2.69儲50=1怪.76%，滿足規削范要求。202鋒3/4屑/2829202樂3/4牽/28307、水平地乎震影響系巡壽數β的計襲算在設防地形震（中震蝦）作用下姐，采用彈俘塑性時程沙分析法分爺別計算非元隔震模型社與隔震模掩型在每條醫波下的X、Y向層間逐剪力和釀層間剪潔力比，擔分別計估算出7條波下X、Y向層間剪讓力比的平寄均值和最復大值，再頂選出隔震管層以上各乏層層間剪摧力比的最室大值，該蛋值即為水馳平向減震決系數β。筍【例】2023妖/4/2朗8312023效/4/2赴832202先3/4柿/28332023狡/4/2讀834202爪3/4鈔/2835由續表7可知，隔啦震與非隔寧震結構層舍間剪力比曾（7條時程抱波平均個值）最終大值為0.3盼76，故取β=0.3另76，根據淚表1，本工獎程取隔膛震后結冷構比非愿隔震結鴿構降低鞭一度設稼計，水汽平地震帥影響系馬數最大奔值αmax質1=0.膊08。調整β值仁有3條路徑尾：（1）將部榜分鉛芯掠橡膠支昏座改為穗天然橡款膠支座值；（2）將橡膠誰類型由G6改為G4，G6代表橡盈膠的剪秀切彈性終模量的宜大?。挥辏?）將部懲分支座瓶改為彈姑性滑移甜支座。8、隔震支慶座在罕遇新地震作用喉下的最大積水平位移艱驗算《抗規造》12.2毯.6條規定五，隔震鈴支座對證應于罕覆遇地震旅水平剪悼力的水息平位移市不應超憐過該支甲座有效謝直徑的0.55倍和支座三內部橡膠區總厚度3.0倍二者哀的較小崗值。該拍計算202夏3/4炊/2836為設防烈么度的罕遇油地震下，繩采用隔震岡模型，采雅用（1.0恒載+0.5活載+1.0水平地震王）荷載(標準)組合，仙彈塑性粥時程分構析，計寶算出每謙一個支吼座在每闖一條波擾下的X、Y向支座尸剪力和訊支座位雪移，再龜分別算萬出每個臣支座在7條波下X、Y向的支座索剪力平均炮值和支座繭位移平均繞值，在X、Y向的支座它位移平均心值中再選校出最大值送，最大值賣不應超過瓜支座最大懂位移限值劣。該組合灶是標準組趟合，用于滅計算位移繳，所以其億支座最大燥剪力無用刻。【例】2023疤/4/2置837202亂3/4飄/28382023電/4/2洲8392023索/4/2徹8402023秧/4/2負841由續表8可知，在符罕遇地震億作用下，派隔震層的縣水平向最帶大平均位嘴移為219熟mm。直徑500支座的最衣大允許變附形：0.5淡5X5刪00=俗275饞mm；96X欠3=2桿88m裕m，96為橡膠總聰厚度，取逼較小值為275m草m。最大平告均位移鄭小于最狡大允許期變形，疏所以選成取的支黨座滿足鴿結構在公罕遇地篩震作用樣下的水翻平變形選要求。9、隔震癥支座在急罕遇地濃震作用滴下的最滴大壓力注和最大棕拉力驗釀算《抗規個》12.組2.4條規定，不隔震橡膠嚼支座在罕逮遇地震的生水平和豎喘向地震同妖時作用下女，拉應力俊不應大于1.00兵MPa。12.緞2.4條的條文姥說明（P454）中規定留在罕遇地古震的水平考和豎向地菌震同時作丈用下隔震潤支座的最闊大壓2023但/4/2獻842應力不游應超過34M鍬Pa（一般嗽取30M正Pa）。工捷況是隔富震模型窗、設防魔烈度的感罕遇地恨震、彈布塑性時隸程分析裕，最大居壓應力圾（設計碎值）的朱荷載組驚合為：1.2（1.0恒載+0.糕5活載）+1.蔥3水平地震+0.5豎向地震筋；最大拉乖應力（標嘉準值）的沙荷載組合班為：1.0恒載+1.悉0水平地袍震-0.5豎向地偉震?！纠?02咽3/4誼/28432023里/4/2扛844202肢3/4竟/2845由例表9可知，望隔震支免座在罕則遇地震濃作用下陳的最大攤拉應力斧（7條波的平皇均值）均招小于1Mpa；最大鋸壓應力介為23.6規8MPa，小于30MP參a，滿足《泉抗規》的師相關要求陶。

七、燒隔震結構沿的抗風設負計《抗規告》12.堅1.3條規定嫩，隔震拋結構在木風荷載斧和其他蟻非地震凱作用的橡水平荷咳載標準邀值產生鼠的總水旬平力不礦宜超過免結構總擇重力的10%。另外這福個總水平許力也不能嫩超過各支斯座的水平崇設計承載嫌力之和，侮支座的水脊平設計承抵載力就是停產品樣本煎中的屈服吉力。

【團例】風荷載作丸用下隔震蝦層的水平省剪力標準麻值Vwk=714拳kN，結構圾總重力偶的10%即0.1姑X70太18X漏9.8扮1=6鈴884窩kN。另外，黃抗風裝置緩的水平承霧載力設計過值(隔震支座睬的水平屈迅服力)：2023六/4/2咱846VRw=62.增8X7+色76X4駛+123保.1X4封+160漂.8X8御=252虛2kN即：1.4Vwk=1.4判X714患=100虧0kN<至VRw<0.1綠Geq，抗風還設計滿木足規范館要求。八、隔課震支座攝以下結變構（懸籠臂柱或轉地下室狐）的設蟻計《抗規》12.凱2.9條規定犧，隔震雷層的支開墩、支奏柱及相浙連構件帝，應采桑用隔震雨結構罕塞遇地震怪下隔震木支座底共部的豎逼向力、拜水平力鐵和力矩隊進行承酒載力驗所算；隔響震層以抹下的結桑構（包噸括地下充室和隔解震塔樓禿下的底稠盤）中悼直接支草撐隔震廈層以上貢結構的旗相關構旗件，應暈滿足嵌釀固的剛種度比和冒隔震后旦設防地尚震的抗托震承載校力要求惹，并按朵罕遇地趕震進行裝抗剪承腫載力驗泡算。罕遇地震潮作用下隔談震支座的披最大剪力良、軸力和仇彎2023命/4/2哭847矩計算簽采用的癥荷載組供合是：1.2（1.0貞×恒荷載＋0.5鐮×活荷載）傭＋1.3×水平地激震+0.5堆×豎向地震浴。根據以撞上要求計徑算求得罕舌遇地震下能隔震支座棒的軸力P、剪力V以及附鐘加彎矩M的設計值，駐用于支墩塔設計。將隔震訊支座及列以上部早分去掉芬，按照幼隔震支呆座驗算嶼時在設攀防烈度桃的大震莫，彈塑瞎性時程纏分析時憤得到的菜軸力P、剪力V和附加彎瞞矩M，將其作怒為靜力荷泳載加到懸迎臂支柱或懸地下室柱首頂，不再塔計算地震襖作用（因京為P、V、M已經包含儲了地震作筐用），采弓用PM+負SAT光WE軟件按棄照彈性難計算，棚不再考爹慮承載徒力抗震寒調整系態數。如毯果是懸慕臂柱，腿側面沒帝有約束踏，作為譜地上結勺構計算申；如果啞是地下型室，周糧邊有土某約束，濁按照埋列在地下噴計算；洋如果地均下周邊綱只有部釘分約束坊，可以斬偏于安碰全的按鳳照地上繳結構計抬算。2023績/4/2喊848嵌固的無剛度比豬是指地已下一層副與地上從一層的吹剪切剛康度比。不考慮0層?！纠?023川/4/2各8492023壩/4/2待850九、隔震絞結構的構已造措施1、上部結躬構的周邊賞應設置豎諒向隔震縫喚，縫寬不培宜小于各廳隔震支座闊在罕遇地