从隔震结构“多模型”谈隔震结构的设计——结构设计师隔震设计经验分享

减隔震支座 隔震设计7,625阅读模式

作者:石晶

单位:江苏筑森建筑设计有限公司文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/15742.html

《建设工程抗震管理条例》自2021年9月1日实行后,各地区陆续发布政策文件要求高烈度区、地震重点监视防御区的八类建筑应按照国家有关规定应用减隔震技术。
在此背景下,江苏筑森建筑设计有限公司积极研究减隔震技术,为后续高烈度区和地震重点监视防御区的项目提供技术储备。经过对比,PKPM减隔震软件具有专业性强、操作简单、配套技术资料丰富的特点,因此我司利用PKPM减隔震软件进行了减隔震技术的应用研究工作。本文介绍PKPM减隔震软件在建模、计算、后处理等方面的基本操作,并围绕隔震结构设计中“多模型”的应用谈一谈隔震结构设计的基本概念。文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/15742.html
隔震结构的建模
1.1
在PMCAD中建立隔震结构整体模型
隔震结构整体模型一般由隔震上部结构、上下支墩层、隔震支座层组成。相比于常规结构,隔震结构整体模型一般要多建立三个标准层。三个标准层从下往上分别是下支墩层、隔震支座层、上支墩层。其中下支墩层一般是按支墩的实际尺寸建的小短柱层,隔震支座层一般也采用小短柱来建模,为了形象可采用小圆柱模拟,柱尺寸可根据隔震支座常见尺寸预估。上支墩层则是包含梁板结构的小短柱层,上支墩高度及尺寸也按照工程中的实际尺寸建模。
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隔震整体模型示意图
隔震上下支墩示意图
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上下支墩及隔震层示意图
隔震整体结构楼层组装结果
1.2
将隔震支座层小短柱定义为隔震支座
在PMCAD中新建3个标准层,并与隔震上部结构组装后,就得到了一个隔震整体结构模型。但是此时隔震支座层的短柱还只是普通的混凝土柱,尚未成为隔震支座。需要先在前处理参数中定义隔震支座所在层号,再到前处理特殊柱菜单下,选择隔震支座柱属性,将属性赋予给短柱。这时混凝土圆柱才能成为隔震支座,其过程类似于角柱的定义。定义完成后,此时小圆柱的力学性质不再取决于具体的截面和材料,而是由定义的隔震支座属性来控制。PKPM提供了支座产品库,也可以在产品库中选择合适的隔震支座型号。文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/15742.html
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定义隔震支座柱示意图
隔震支座参数示意图
1.3
隔震支座的自动布置
通过以上步骤可以将混凝土圆柱定义为隔震支座,但在刚接触隔震结构设计时,对于隔震结构的方案布置往往没有思路。PKPM里面提供了自动布置隔震支座的功能,其思路是根据隔震层偏心率的要求和减震系数(即隔震效果)来初步选择隔震支座。对于隔震结构,最常使用铅芯橡胶支座加天然橡胶支座相组合的形式来,一般在结构的外围布置铅芯橡胶支座,内部布置天然橡胶支座。因此在进行隔震支座自动布置时,可以先选择两组隔震支座。按分组布置完隔震支座后,填写隔震层偏心率、非隔震结构基本周期,隔震结构目标减震系数等参数,程序会按填写的参数初步筛选出合适的隔震支座。文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/15742.html
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隔震结构的前处理及结果查看
2.1
隔震结构前处理参数
隔震结构前处理参数中,最重要的是隔震结构设计方法的选择。隔震结构可以按《建筑抗震设计规范》进行设计,也可以按照《建筑隔震设计标准》来设计。当在软件中选择“水平向减震系数法”时,程序会按照《抗规》进行隔震结构的计算和设计;当在软件中选择“整体分析设计法”时,程序会按照《隔标》进行隔震结构的计算和设计。
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选择完隔震结构设计方法之后,还需要选择隔震设计的多模型来进行隔震结构的分析。选择“水平向减震系数法”时,一般需要4个模型参与隔震结构的分析和设计,分别是小震非隔震模型、中震隔震模型、中震非隔震模型、大震隔震模型。文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/15742.html

选择“整体分析设计法”时,一般需要3个模型参与隔震结构的分析和设计,分别是中震隔震模型、中震非隔震模型、大震隔震模型。文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/15742.html

PKPM可以根据隔震整体模型,自动生成隔震多模型,极大的简化了隔震结构设计的工作量。对于隔震多模型的理解和应用是隔震结构计算的要点之一,后续将围绕这个问题作更详细的讨论。文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/15742.html

2.2
结果查看
当完成设计后,可以到后处理查看隔震结构设计的结果。首先需要查看隔震结构计算的“水平向减震系数”或“底部剪力比”,来确认隔震支座的布置是否达到了预期的隔震目标。
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其次,隔震计算书中为隔震分析报告提供了大部分的素材,包括隔震设计依据、工程概况,隔震支座的布置和偏心率计算,隔震支座的抗风验算,隔震和非隔震结构的对比等等。
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此外,对于隔震支座的压应力、拉应力等会在隔震支座验算中给出,可以根据支座验算的结果来判断隔震支座布置是否合理。
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从隔震结构“多模型”谈隔震结构的设计
隔震结构因为涉及到隔震和非隔震模型的对比,各个地震水准下的性能设计,所以需要用到多个模型。按《抗规》和按《隔标》两种方法设计隔震结构,都涉及到隔震多模型的应用,且两种方法采用的隔震多模型是有区别的。针对两种方法涉及到的多模型列举如下:
_
小震
中震
大震
抗规
非隔震模型★
非隔震模型
隔震模型
隔震模型
隔标
小震
非隔震模型★
隔震模型
隔震模型
可以看到按《抗规》和按《隔标》设计,都涉及到多模型,并且多模型的应用不完全相同,接下来我们结合隔震设计的要点,谈一谈多模型的应用。
3.1
按《抗规》设计时多模型的应用
按《抗规》进行隔震结构的地震力计算,其基本的思路是按“小震非隔震模型”来计算地震力,同时考虑隔震支座的隔震效果来对“小震非隔震模型”的地震力进行打折。这个打折系数称为“水平向减震系数”,“水平向减震系数”通过“中震隔震模型”和“中震非隔震模型”的对比分析来得到。
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同时,水平向减震系数也是确定隔震后上部结构抗震措施等级的依据,按照《抗规》12.2.7条,可根据计算得到的水平向减震系数来决定隔震后上部结构的抗震措施。
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按《抗规》设计隔震结构,实质上还是对隔震上部结构进行小震设计,小震非隔震模型是基本的设计模型。同时,按照《抗规》12.2.9第1款,隔震层支墩、支柱及相连构件,应进行罕遇地震下的设计。因此需要应用大震隔震模型,进行隔震层支墩支柱及相连构件的设计。
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3.2
按《隔标》设计时多模型的应用
按《隔标》设计隔震结构,是对隔震整体模型进行计算和分析,因此称之为整体分析法,且《隔标》要求在设防地震(中震)下进行结构及隔震层的承载力和变形验算。所以“中震隔震模型”是按《隔标》设计时基本的设计模型。通过反应谱迭代的方法可以计算出隔震结构的周期和总阻尼比,从而计算隔震结构的地震力。此时隔震效果的体现主要在于隔震结构相比非隔震结构周期拉长,隔震结构铅芯橡胶支座提供附加阻尼比,两种共同作用,降低结构地震力。文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/15742.html

《隔标》6.1.3规定,隔震结构的抗震措施可按底部剪力比及相应的抗震设防烈度确定,隔震结构底部剪力比不大于0.5时,上部结构可按本地区设防烈度降低1度确定抗震措施。文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/15742.html

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因此,按《隔标》设计隔震结构,要确定抗震措施等级,首先要计算底部剪力比,而计算底部剪力比就需要中震隔震模型和中震非隔震模型的对比。文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/15742.html
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按《隔标》设计隔震结构,其基本的设计模型是中震隔震模型,且不同构件要求的性能目标不同。同时按照《隔标》4.7.2条,隔震层支墩支柱及相连构件需进行罕遇地震下的设计,因此还需要应用大震隔震模型。综上,不论是按《抗规》还是按《隔标》设计隔震结构,都涉及到隔震多模型的应用,且两种方法有所不同,将隔震结构多模型的应用概括如下:
_
地震力计算
抗震措施等级
性能设计
抗规
小震非隔震、中震隔震、中震非隔震
中震隔震、中震非隔震
小震非隔震、大震隔震
隔标
中震隔震
中震隔震、中震非隔震
中震隔震、大震隔震
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  • 本文由 减隔震支座 发表于 2023年3月3日15:05:57
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