建筑结构设计隔震减震技术浅析

建筑技术　Ｑ　１２盟Ｑ：　Ｃｈｉｎａ　Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　浅析框架结构房屋的隔震设计　周厚玲　（四川西南广厦设计院有限公司，成都６１００００）　摘要：本文作者根据《建筑抗震设计规范｝（Ｃ，Ｂ５００１１—２０１０）的有关规定，探讨了框架结构房屋的隔震设计方法和步骤。并结合工程实　例对隔震技术的设计要点进行了分析。　关键词：框架结构；隔震设计　中图分类号：ＴＵ３５２　文献标识码：Ａ　１．概述　基础隔震技术是一种结构抵抗环境荷载　（如风和地震等）的方法，与传统的抗震结构体　系相比较，该方法不但能保护建筑结构，还能　保护结构内部的重要设备在强震冲击下免遭　破坏，其抗震设计的对象也从整体结构转变　为隔震装置，大大简化了建筑结构的设计与　施工，降低了建设投资，具有广阔的应用前　景。　２．框架结构的隔震设计的基本方法和步　骤　２．１．初步设计　需要减小地震作用的钢筋混凝土框架等　结构类型的房屋，采用隔震设计时应符合下　列各项要求：　２．１．１．结构体型基本规则，不隔震时可在　两个主轴方向分别采用底部剪力法计算结构　基本周期小于１．０ｓ的钢筋混凝土框架房屋；　２．１．２．建筑场地宜为Ｉ、Ⅱ、Ⅲ类，并应选　用稳定性较好的基础类型；　２．１．３．风荷载和其他非地震作用的水平　荷载标准值不宜超过结构总重力的１０％。　２．２．隔震支座的布置与选型　隔震层应设置在建筑上部结构与基础之　间；有地下室的建筑，其隔震层应设置在地下　室的顶部与上部结构之间。橡胶隔震支座设　置在受力较大的位置，其规格、数量和分布根　据竖向承载力、侧向刚度和阻尼的要求通过　计算确定。隔震层在罕遇地震下应保持稳定，　不宜出现不可恢复的变形。隔震层橡胶支座　在罕遇地震作用下，不宜出现拉应力。　２．２．１＿隔震支座的布置应遵循下述原则　对于框架结构，隔震垫放置在柱下即可，　可放一个或二三个组合。　２．２．２．隔震支座的选型原则为　（ａ）隔震支座的类型不宜过多；　ｆｂ）ｄＪ上部结构计算出每个支座上的轴力　设计值，对橡胶隔震支座竖向平均压应力限　值的规定，确定出每个柱下隔震垫的数量和　直径。　２．３．计算水平减震系数ＩｌＪｆ对应多遇地震　的情况，即采用隔震支座剪切变形为５０％时　对应的水平刚度和等效粘滞阻尼比１　对于框架结构，其隔震体系的计算简图　可采用剪切型结构模型，一般晴况下，宜采用　时程分析法进行计算；输入地震波的反应谱　特性和数量，按建筑场地类别和特征周期分　区选用不少于二条的实际强震记录和一条人　工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响　系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地　震影响系数曲线在统计意义上相符；计算结　果宜取平均值；求水平向减震系数时，隔震结　构的层间剪力按多遇地震作用下用时程分析　法计算求得。水平向减震系数应根据结构隔　震与非隔震两种情况下各层层间剪力的最大　比值，按表１确定。　袁１层间剪力最大比值与水平向减震系数　的对应关系　２．４．隔震层水平位移验算（对应罕遇地震　的情况，采用隔震支座剪切变形不小于２５０％　时的水平刚度和等效粘滞阻尼比１　隔震支座对应于罕遇地霉７ｋ平萌力的水平位　移，应符合下列要求：　，　式中：ｕｉ为罕遇地震作用下，第ｉ个隔震　支座考虑扭转的水平位移；『ｕｉ］为第ｉ个隔震　支座的水平位移限值，对橡胶隔震支座，不应　超过该支座有效直径的０．５５倍和支座各橡　胶总厚度３．０倍二者的较小值。　隔震支座的位移可用时程分析法求出。　方案的基本要求，隔震层设在基础上部，第一　层下部。　３．３．隔震支座的选型、布置由上部结构计　算出每个柱下的竖向力，按照表１关于丙类　建筑隔震支座平均压应力限值小于等于　１　５ＭＰａ的规定（本建筑为丙类建筑），初步确定　出每个柱下支座的直径及数量ｆ隔震支座的　平面布置图见图１）。　ｌ　；　《　一　｛　ｉ　ｒ　；　一　帆　图１建筑平面及隔震垫布置图　通过反复计算，择优选取三种类型的隔　震支座：ＧＺＹ５００Ｖ５Ａ　ｆ１０个）；ＧＺＹ６００Ｖ５Ａｆ１０　个１；ＧＺＹ７００Ｖ５Ａ（７个）。其刚度、阻尼比、总数　及橡胶支座的第二形状系数见表３。　ｌ雌｝ｌ　黜、　ｆ　１　～　，∽　删　脯．ｍ　Ｉ　蕊Ｉ舶脱ｆ、｝姆　髓　２．５＿隔震层下部结构验算（对应罕遇地震　：　：‘　“　情　：　隔曩支　七月　不小于２５０％　；：　ｊ　：：　时对应的剪切刚度和等效粘滞阻尼比）　表３　隔震层以下结构（包括地下室）的地震作　３．４，隔震的分析方法和原则　用和抗震验算，应采用罕遇地震下隔震支座　底部的竖向力、水平力和弯矩进行计算。　隔震支座的水平剪力应根据隔震层在罕　遇地震下的水平剪力按各隔震支座的水平刚　度分配；当按扭转耦联计算时，尚应计及隔震　支座的扭转刚度，从而计算各隔震垫的水平　剪力、竖向力等。　２．６．构造要求　有关隔震层和上部结构措施可按规范采　用。　３．框架结构隔震算例　３．１．工程概况　试点建筑为一住宅楼，其工程概况如下：　３．１．１．房屋结构型式：钢筋混凝土框架结　构（不带地下室，外墙为２００ｍｍ厚加气混凝土　砌块，内墙为１２０ｍｍ厚加气混凝土砌块和６０　厚轻质隔墙，均用Ｍ５混合砂浆砌筑）。　３．１．２．房屋建筑平面图见图１，主要数据　见表２：　・　轰２　３．１＿３．抗震设防烈度：７度。　３．１．４．建筑场地类别为Ⅲ类，设计地震分　组为一组。　３．２．初步设计表明，该建筑符合采用隔震　按照对建筑结构隔震设计的计算分析的　具体规定，本隔震体系的计算简图采用剪切　型结构模型，按抗震设防烈度８度，采用时程　分析法对结构的隔震和不隔震状态进行对比　分析。　３．４．１．隔震分析计算简图见图２，在分析　模型中考虑了隔震层的扭转影响。　６　…Ⅲ＿＿…１　ｈ一～　Ｉ　塌　｛　上部锚蝴　垡　…一—　～　……　Ｇ。　Ｌ—量Ｌｊ　啜燕　螓攥　＿＿＿　＿　奄崖　镬础　图２上部结构、隔震层、基础示意图　３．４．２．地震波的选择　对于框架结构，采用时程分析法进行计　算时，根据对地震波的要求，选取三条大震　波：ｗａｖｅ中的８１．１，８１．２，８１．３和三条小震波：　ｗａｖｅ中的８ｓ．１，８ｓ．２，８ｓ．３，其中第３条波为人　工地震波，其余二条为天然地震波，所选地震　波的反应谱曲线均与《规范》中地震影响曲线　比较靠近，可实现三条波的平均地震影响线　曲线与规范地震影响线曲线有良好的统计意　义上相符。　中国新技术新产品　

辽宁　建材　

２００８年第４期　

建筑结构隔震减震　技术的发展与应用　

徐立成’，钟心　，　刘晓群。，郑东华’　

（１．辽宁省人防设计研究院，辽宁沈阳１１００３２；：　！．沈阳市人防工程质量监督站，辽宁沈阳１１０００１；　

３．沈阳大学建筑工程学ｆ　毛，辽宁沈阳１１００４４）　

［摘要］本文指出隔震措施能大幅度减轻地震对上部结　＿的破坏程度，隔震减震将成为建筑抗震控制的主体。　

［关键词］隔震；耗能减震；橡胶隔震支座；阻尼器　

［中图分类号］ＴＵ３５２．１　［文献标识码］Ｂ　［文章编号］１００９—０１４２（２００８）ｏ４—００４０—０２　

到软泥层底部，利用软泥土层作为“隔震垫”的做法，这一　１　概述　隔震设计方法使该建筑在１　９２３年的关东大地震中保存完好。　地震是一种自然现象，全世界每年大约发生５ｏ０万次地　早期的隔震建筑还有南斯拉夫的贝斯特洛奇小学新西兰的　震，大多数地震都需灵敏的仪器才能测量到，而人能直接感　威廉·惠灵顿大楼等美国与日本的有些隔震建筑也分别在　知的也就大约占１％左右［　。我国是多地震的国家，地震区　洛杉矶北岭的６８级地震和日本阪神的７．２级地震中经受了　分布广大，历次大地震给人民生命财产带来了巨大损失。　考验　

我们国家的抗震设防目标是“小震不坏，中震可修，大　我国从上世纪６０年代开始关注隔震理论的研究近年　震不倒”。这就要求结构构件具有足够的承载力和塑性变形　来已取得了很多成果与经验我国隔震建筑目前已应用于多　能力。而传统的结构抗震是依靠结构自身的抵抗能力，让建　个省市自治区已设计和建成的隔震房屋数量仅次于日本，　筑物基础固结于地面，但地震反应的特点是由底向上逐渐放　其中较有代表性的有：汕头全国第一幢隔震住宅楼被联合　大，为了保证建筑物的安全，提高结构的承载力，必须加大　国评价为“世界隔震技术发展的第三个里程碑”；北京通惠　

构件的截面，这样既造成了较多的材料消耗，也使建筑物自　家园住宅区隔震住宅楼；全国第一座铁路隔震桥梁——新疆　

18工程建设标准化·2019年第6

期建筑减隔震技术薛彦涛 中国建筑科学研究院有限公司1减隔震技术概述建筑结构隔震技术是指通过一些隔震装置将建筑结构与地面隔开，通过隔震层的变形消耗和缓冲地震时地面的振动，以保护上部结构免于地震破坏的一种抗震手段。根据地震工程学的研究，地震波荷载在短周期内的作用强烈，到长周期后作用将显著减弱。大量中低建筑，自振周期都处于短周期。通过隔震技术，可以将整体结构的自振周期延长，避开短周期强烈的地震荷载。从隔震部位分，隔震结构可以分为基底隔震、层间隔震、高位隔震和局部隔震。从隔震装置形式，隔震装置又可以划分为普通橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座、高阻尼橡胶隔震支座、滚珠隔震装置、摩擦摆隔震支座、悬挂隔震装置、摇摆隔震支座和滑动隔震支座等。消能减震技术是将结构的一些非承重构件（如支撑、剪力墙、连接件等）设置成变形能力强的消能构件，或在结构某些部位（层间、节点处、连接缝等）装设消能装置。这些变形耗能能力强的构件叫做消能器，通过规范约束和试验检测保证消能器具有比较高的耗能性能和大变形下承载力保证率。在设计中，将消能器作为第一道防线，通过控制消能器及其相连的消能子结构的变形和损伤，保障消能器在结构变形中持续有效地变形耗能，从而保护主体结构的抗震安全。消能器是消能减震技术的核心，其主要功能在于消能地震能量。按照消能器力学性能的不同，可以划分为位移相关型消能器、速度相关型消能器、复合消能器等。依据消能器耗能原理的不同，又可以分为金属屈服型消能器、摩擦型消能器、黏滞消能器、黏弹性消能器、电涡流消能器以及电/磁流变液体、压电材料和电/磁致伸

缩材料等新型材料制成的消能器。2减隔震技术研究我国最早的隔震概念始于五六十年代，最初尝试采用的是砂垫层隔震，隔震造价低，但变量多，性能不易控制，不能自复位。从90年代开始，逐步地开展了球面摆式滑移支座和橡胶隔震支座的研究和应用。建筑结构抗震规范最早于2001版加入了减隔震的技术章节，正式将减隔震技术纳入了抗震结构体系。随后隔震技术日趋完善，隔震产品愈加丰富，产品性能和检测方法也逐步具体和合理。隔震支座在复杂应力下的稳定性、耐久性、耐火防护研究，大型橡胶支座的生产、研发和检测，层间隔震、高位隔震和特殊部位隔震等一系列复杂结构隔震技术都是研究的热点。我国的减震研究始于80年代，最初使用的是利用耗能钢板进行耗能的减震装置。进行了系列带有减震装置的结构体系研究，包括带有减震支撑框架和中高层结构，并在消能减震计算方法方面进行系统研究。从90年代末，开始在一些新建和加固工程中应用消能减震技术。在2008年之后，消能减震应用显著出现了爆发式的增长。减震技术的研究包括减震理论方法研究和减震产品研究。减震理论的研究包括阻尼计算方法研究、减震结构体系研究、消能子框架体系研究、减震优化方法研究和振动控制理论研究。减震产品研究包括了各式金属类消能器、摩擦消能器、黏滞消能器、黏弹性消能器、电涡流消能器和压电消能器等消能器的研发。3减隔震技术相关规范从2001版建筑抗震规范纳入了减隔震技术开始，热点聚焦Hot Focus

建筑结构设计隔震减震技术浅析

摘要：作为一种破坏力极强的自然灾害，地震灾害给人们日常生活和建筑安全造成严重威胁，还会造成不可估量的经济损失。因此建筑结构抗震设计需要引起相关部门的高度重视，并为之进行改进研发，不断完善技术工艺，以此来提高建筑结构的安全性和使用寿命。本文主要介绍了建筑结构设计隔震减震技术面临的一系列问题，阐述了隔震技术和减震技术在工程项目建设的基本应用，旨在从本质上提高技术操作水平，希望本文可以给技术人员提供启发。

关键词：建筑结构设计；隔震减震技术

引言

城市建设处于持续升温阶段，大部分地区都存在建筑项目建设，同时也离不开隔震减震技术的应用。人们对居住场所提出了更加严格的要求。为了满足人们的实际使用需求，隔震减震技术已经经历长时间的发展历程，许多技术人员投入大量时间进行技术研发和改进，并将其应用于不同的工程项目，逐渐形成一套成熟完善的技术应用体系。但与此同时，隔震减震控制技术的缺陷性也比较明显，如规范要求不够明确、普及难度大、操作难度系数高等，针对这些问题，还需技术人员去优化现有技术，不断完善隔震减震技术规范标准。

基于这种大环境之下，传统的隔震减震技术工艺已经无法达到新标准和新高度，无法解决其中出现的工程问题。抗震减震技术在工程应用环节中出现了部分问题，主要归纳如下：首先在地震频发地区，结构构件尺寸过大，会给周边建筑群造成威胁，也给建筑功能的发挥带来阻碍作用；其次，选用高强度的结构构件比较常见，虽然能够有效抵御地震振动产生的荷载作用，防止建筑物的坍塌，但也给基础桩带来不可逆转的损耗，后期维护保养群桩基础还需要耗费大量的工程资金，造成额外的经济负担。此外，隔震减震技术的操作核心要点是在建筑结构内设置隔震支座、阻尼器或子结构。当地震荷载开始作用时，该类装置能够及时切断地震波产生的能量传播路径，降低地震荷载对建筑物表层支架的破坏程度。 1.建筑结构设计中隔震技术的应用

1.1 基础选用特殊软质材料