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隔震結構通過在建筑物的上部和基礎之間設置隔震層,延長整體結構體系的自振周期、增大阻尼、減小輸入上部結構的地震作用,使建筑物達到預期的防震作用。實踐證明:隔震后一般可使結構的水平地震加速度反應降低60%左右。在隔震設計中,隔震層的設計和驗算至關重要。
規范中對隔震支座的布置方式沒有明確的規定,實際工程中,隔震層隔震支座布置一般按以下步驟進行(以橡膠隔震支座為例),
1. 根據《建筑隔震設計標準》GB/T51408-2021(以下簡稱《隔標》)表4.6.3關于隔震支座有關面壓限值的要求,可以初步選定隔震支座的大小,結合隔震支座產品規格,得到隔震支座的各項參數;
2. 在原來支座布置方案上選取外圍位置,替換橡膠隔震支座為鉛芯隔震支座,通過計算大致滿足剪重比的要求;
3. 計算隔震層的其他各項參數,滿足規范要求;
4. 對布置好的結構進行整體有限元分析,驗算各項指標滿足規范要求。
隔震算例
SAUSG-PI軟件對應《隔標》開發了各種隔震支座驗算功能,用戶可直接查看各項驗算的計算結果,下面通過一個算例展示如何在SAUSG軟件中進行隔震支座的選型與驗算。
該工程結構體系為鋼筋混凝土框架結構體系,地上5層,結構高度20.5米。抗震設防烈度為 8 度,設計基本地震加速度為0.20g,設計地震分組為第二組,場地類別為Ⅱ類。選擇基底隔震的形式,在結構底層柱底布置隔震支座,外圍設鉛芯隔震支座,內部設普通橡膠隔震支座。SAUSG提供豐富的隔震支座產品庫供用戶選用,本例中鉛芯隔震支座參數定義見下圖;
《隔標》要求驗算隔震支座在地震作用下的水平位移,其中隔震橡膠支座在罕遇地震下要求不應大于支座直徑的0.55倍和各層橡膠厚度之和的3.0倍二者的較小值,因此建議在設計信息中填寫相關參數,這樣軟件就可以自動對隔震支座的水平位移進行驗算。
隔震支座設置完成后在【設計準備】-【初步分析】中對結構進行初始重力加載分析以及模態分析,即可得到隔震層的初步驗算結果。
根據《隔標》第4.6.3條款,隔震支座在重力荷載代表值作用下,豎向壓應力設計值不應超過表4.6.3的規定:
風荷載作用隔震層產生的總水平力驗算:根據《建筑抗震設計規范》第12.1.3-3條款,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%。


隔震層屈重比驗算:隔震建筑屈重比是參考日本隔震設計相關規定,我國規范未做此方面相關要求,有關資料研究表明屈重比對高層建筑隔震效果影響明顯,對多層建筑結構影響相對較小,SAUSG軟件中取屈重比下限值為2%。

隔震層彈性恢復力驗算:根據《疊層橡膠支座隔震技術規程》第4.3.6條款,隔震支座的彈性恢復力應符合下列要求:
可以發現初選結果中的隔震層偏心率不滿足要求,需要調整隔震支座規格直至偏心率在3%之內。
隨后可以對隔震結構進行大震彈塑性分析,并進行相關驗算。
豎向拉、壓應力:依據《隔標》6.2.1,罕遇地震作用下隔震支座的豎向受力應符合相應規定。
水平位移驗算:依據《隔標》4.6.6,隔震支座在地震作用下的水平位移應符合相關規定,如果隔震支座產品參數部分填寫了相關參數,軟件可自動對隔震支座位移進行驗算。
查看驗算結果時,【分析工況】可以切換各工況下隔震支座的驗算結果,同時也提供各工況結果的平均值和包絡值供用戶查看。超出限制的驗算結果將以紅色高亮顯示,若支座中出現拉應力,則受拉驗算一項也會高亮對用戶進行提示。
計算完成之后,在【審查報告】-【規范審查】中用戶可查看隔震支座和隔震層的所有驗算數據,軟件將對未通過規范審查的項目以及支座做高亮處理。
結論
隔震層的布置大多需要經過反復試算,以滿足規范的要求。SAUSG-PI軟件結合《隔標》自動對隔震支座的各項參數進行驗算,結合豐富的隔震支座產品庫,讓用戶能夠更加快速、高效的完成隔震支座的選型布置工作。
來源:SAUSG非線性仿真