建筑结构抗震设计第9章教学课件.ppt

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1、建筑结构抗震设计第9章教学课件建筑结构抗震设计 PPT模板下载： 9章章 隔震结构与消能减震结构设计隔震结构与消能减震结构设计9.1结构减震控制概述9.2隔震结构设计9.3消能减震结构设计第第9 9章章 隔震结构与消能减震结构设计隔震结构与消能减震结构设计建筑隔震结构是指在建筑物上部结构与基础之间设置由橡胶隔震支座和阻尼器等部件组成的建筑隔震层，以延长整个结构体系的自振周期，增大阻尼，减小输入上部结构的地震作用，达到预期的防震要求。建筑隔震结构包括上部结构、隔震装置和下部结构三部分。隔震结构又分为基础隔震结构和层间隔震结构。“隔震”即隔离地震。在建筑物上部结构与基础之间以及上部建筑层间设置的隔

2、震层能阻止地震能量向上部结构传递，减小上部结构的地震作用，达到预期的防震要求，使建筑物的安全得到可靠的保证。其本质作用是把结构与可能引起破坏的地震地面运动或支座运动分离开来，明显减轻上部结构的地震反应。第第9 9章章 隔震结构与消能减震结构设计隔震结构与消能减震结构设计消能减震技术主要是通过在结构的某些部位增设消能器或消能部件，为结构提供一定的附加刚度或附加阻尼，在地震作用或风荷载作用下通过消能部件来耗散输入结构的能量，以减轻结构的动力反应，从而更好地保证主体结构的安全。消能减震技术是一种有效、安全、经济且日渐成熟的工程减震技术。隔震结构与消能减震结构是结构减震控制中较为常见和成熟的技术，本章

3、主要介绍隔震结构与消能减震结构的设计原理。9.1 9.1 结构减震控制概述结构减震控制概述传统的结构抗震通过增强结构本身的抗震性能(强度、刚度和延性)来抵御地震作用，即由结构本身储存和消耗地震能量，这是被动消极的抗震对策。由于人们尚不能准确地估计未来地震作用的强度和特性，按传统抗震方法设计的结构也不具备自我调节的能力，因此，结构很可能满足不了安全性的要求，产生严重破坏或倒塌，造成重大的经济损失和人员伤亡。合理有效的抗震途径是对结构施加控制装置(系统)，由控制装置和结构共同承受地震作用，即共同储存和耗散地震能量，以调谐和减轻结构的地震反应。这种结构抗震途径称为结构减震控制(structurevi

4、brationabsorptioncontrol)，这是积极主动的抗震对策(earthquakeprotectivecountermeasure)，是抗震对策的重大突破和发展。9.1 9.1 结构减震控制概述结构减震控制概述结构减震控制的分类结构减震控制的分类1.结构减震控制按是否需要外部能源输入可分为被动控制(passivecontrol)、主动控制(activecontrol)、半主动控制(semiactivecontrol)和混合控制(hybridcontrol)，如图9-1所示。图9-1 结构减震控制的分类9.1 9.1 结构减震控制概述结构减震控制概述1 1）被动控制）被动控制不需要

5、外部能源输入提供控制力，控制过程不依赖于结构反应和外界干扰信息的控制方法，称为被动控制，如基础隔震(baseisolation)、消能减震(energydissipation)和吸振减震(vibrationabsorber)等均为被动控制。9.1 9.1 结构减震控制概述结构减震控制概述2 2）主动控制）主动控制需要外部能源输入提供控制力，控制过程依赖于结构反应信息或外界干扰信息的控制方法，称为主动控制。主动控制系统由传感器（sensor）、运算器(arithmeticunitcalculator)和施力作动器(actuator)三部分组成。主动控制是将现代控制理论和自动控制技术应用于结构抗震

6、的高新技术。主动控制具有很广的适用范围，控制效果好，已对其进行了大量的理论研究，并已在少数试点工程中加以应用，但由于其系统结构复杂，造价昂贵，所需巨大能源在强烈地震时无法完全保证，因此应用时困难很大。9.1 9.1 结构减震控制概述结构减震控制概述3 3）半主动控制）半主动控制不需要外部能源输入直接提供控制力，控制过程依赖于结构反应信息或外界干扰力信息的控制方法，称为半主动控制。半主动控制以被动控制为主，只是应用少量能量对被动控制系统的工作状态进行切换，以适应系统对最优状态的跟踪。半主动控制既具有被动控制系统的可靠性，又具有主动控制系统的强适应性，通过一定的控制律可以达到主动控制系统的控制效果

7、，是一种有发展前景的控制技术。9.1 9.1 结构减震控制概述结构减震控制概述4 4）混合控制）混合控制不同控制方式相结合的控制方法，称为混合控制。混合控制是将主动控制与被动控制结合起来的一种控制方法，只要合理选取控制技术的较优组合，吸取各控制技术的优点，避免其缺点，就可形成较为成熟且先进有效的组合控制技术；但其本质上仍是一种完全主动控制技术，仍需外界输入较多的能量。9.1 9.1 结构减震控制概述结构减震控制概述结构减震控制的应用与发展结构减震控制的应用与发展2.结构减震控制的研究与应用已有40余年的历史。以改变结构频率为主的隔震技术是结构减震控制技术中研究和应用最多、最成熟的技术，利用该技

8、术，国内外已建隔震建筑数千栋，其中一些隔震建筑已在数次大地震中成功地经受住了考验。以增加结构阻尼为主的被动消能减震理论与技术已趋成熟，并已成功用于工程结构的抗震抗风控制中。9.1 9.1 结构减震控制概述结构减震控制概述近年来，智能驱动材料控制装置的研究和发展为土木工程结构的减震控制开辟了新的天地，为土木工程结构减震控制的第二代高性能消能器和主动控制驱动器的研制和开发提供了基础，从而使结构与其感知、驱动和执行部件一体化的减震控制智能系统(intelligentcontrolsystem)设计成为可能。9.1 9.1 结构减震控制概述结构减震控制概述目前，世界上许多国家开展了结构减震技术与理论的

9、研究，并致力于该技术的推广应用。一些国家，如美国、日本、新西兰、加拿大等国已制定了隔震或消能减震设计的规范或标准。我国也在建筑抗震设计规范（GB500112010）、建筑隔震橡胶支座(JG1182000)、叠层橡胶支座隔震技术规程(CECS1262001)和建筑消能减震技术规程（JGJ2972013）中纳入了隔震与消耗减震的内容。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计9.2.19.2.1 结构隔震的原理与隔震构隔震的原理与隔震结构的特点构的特点结构隔震的原理结构隔震的原理1.在建筑物基础与上部结构之间设置隔震装置(或系统)以形成隔震层，把房屋结构与基础隔离开来，利用隔震装置来隔离或耗散地震能

10、量以避免或减少地震能量向上部结构传输，减轻建筑物的地震反应。实现地震时隔震层以上的主体结构只发生微小的相对运动和变形，从而使建筑物在地震作用下不损坏或不倒塌，这种抗震方法称为房屋基础隔震。图9-2所示为隔震结构的模型图。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计图9-2 隔震结构的模型图9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计基础隔震的原理可用建筑物的地震反应谱来说明，图9-3（a)、（b）分别为普通建筑物的加速度反应谱(accelerationresponsespectrum）和位移反应谱(displacementresponsespectrum)。从图9-3中可以看出，建筑物的地震反应取决于

11、自振周期和阻尼特性两个因素。图9-3 结构反应谱曲线9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计一般中低层钢筋混凝土或砌体结构建筑物刚度大、周期短，基本周期T0正好与地震动卓越周期相近，所以，建筑物的加速度反应比地面运动的加速度放大若干倍，而位移反应则较小，如图9-3中的A点所示。采取隔震措施后，建筑物的基本周期T1大大延长，避开了地面运动的卓越周期，使建筑物的加速度大大降低，若阻尼保持不变，则位移反应增加，如图9-3中的B点所示。由于这种结构反应以第一振型为主，而该振型不与其他振型耦联，因此整个上部结构像一个刚体，其加速度沿结构高度接近均匀分布，上部结构自身的相对位移很小。若增大结构的阻尼，则加

12、速度反应继续减小，位移反应得到明显抑制，如图9-3中的C点所示。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计综上所述，基础隔震的原理就是通过设置隔震装置系统形成隔震层，延长结构的周期，适当增加结构的阻尼，使结构的加速度反应大大减轻，同时使结构的位移集中于隔震层，上部结构像刚体一样，自身相对位移很小，结构基本处于弹性工作状态，从而使建筑物不致破坏或倒塌。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计隔震结构的特点隔震结构的特点2.抗震设计的原则是在多遇地震作用下建筑物基本不产生损坏,在罕遇地震作用下建筑物允许产生破坏但不倒塌。按传统抗震设计的建筑物，不能避免地震时的强烈晃动，当遭遇大地震时，虽然可以保证人

13、身安全，但不能保证建筑物及其内部设备及设施的安全，而且建筑物由于严重破坏常常不可修复，如果用隔震结构，就可以避免这类情况的发生。隔震结构通过隔震层的集中大变形和所提供的阻尼将地震能量隔离或耗散。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计地震能量不能向上部结构全部传输，因而，上部结构的地震反应大大减小，振动减轻，结构不产生破坏，人员安全和财产安全均可以得到保证。图9-4所示为传统抗震结构与隔震结构在地震时的反应对比。图9-4 传统抗震结构与隔震结构在地震时的反应对比9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计9.2.29.2.2 隔震系隔震系统的的组成与成与类型型隔震系统的组成隔震系统的组成1.隔震系

14、统一般由隔震器、阻尼器、地基微震动与风反应控制装置等部分组成，在实际应用中，通常可使几种功能由同一元件完成，以方便使用。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计1 1）隔震器）隔震器隔震器的主要作用有以下几点：（1）在竖向能支撑建筑物的重量。（2）在水平方向具有弹性，能提供一定的水平刚度，延长建筑物的基本周期，以避开地震动的卓越周期，降低建筑物的地震反应。（3）能提供较大的变形能力和自复位能力。常用的隔震器有叠层橡胶支座、螺旋弹簧支座和摩擦滑移支座等。目前，国内外应用最广泛的是叠层橡胶支座。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计2 2）阻尼器）阻尼器阻尼器的主要作用是吸收或耗散地震能量，抑制

15、结构产生大的位移反应，同时在地震终了时帮助隔震器迅速复位。常用的阻尼器有弹塑性阻尼器、黏弹性阻尼器、黏滞阻尼器和摩擦阻尼器等。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计3 3）地基微震动与风反应控制装置）地基微震动与风反应控制装置地基微震动与风反应控制装置的主要作用是增加隔震系统的初期刚度，使建筑物在风荷载或轻微地震作用下保持稳定。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计隔震系统的类型隔震系统的类型2.常用的隔震系统主要有叠层橡胶支座隔震系统、摩擦滑移加阻尼器隔震系统和摩擦滑移摆隔震系统等。建筑抗震设计规范（GB500112010）和夹层橡胶垫隔震技术规程(CECS1262001)仅针对叠层橡胶

16、支座给出了有关的设计要求，因此下面主要介绍叠层橡胶支座的类型与性能。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计叠层橡胶支座是由薄橡胶板和薄钢板分层交替叠合，经高温高压硫化黏结而成的，如图9-5所示。图9-5 叠层橡胶支座的形状与构造9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计由于在橡胶层中加入若干块薄钢板，并且橡胶层与钢板紧密黏结，当橡胶支座承受竖向荷载时，橡胶层的横向变形受到上、下钢板的约束，使橡胶支座具有很大的竖向承载力和刚度。当橡胶支座承受水平荷载时，橡胶层的相对位移大大减小，使橡胶支座可达到很大的整体侧移而不致失稳，并且保持较小的水平刚度(为竖向刚度的1/10001/500)。并且，由于橡胶

17、层与中间钢板紧密黏结，橡胶层在竖向地震作用下还能承受一定的拉力，因此，叠层橡胶支座是一种竖向刚度大、竖向承载力高、水平刚度较小、水平变形能力大的隔震装置。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计橡胶支座的形状可分为圆形、方形和矩形，一般多为圆形，因为圆形与方向无关。支座中心一般设有圆孔，以使硫化过程中橡胶支座受到的热量均匀，从而保证产品的质量。根据叠层橡胶支座中使用的橡胶材料和是否加有铅芯，叠层橡胶支座可分为普通叠层橡胶支座、高阻尼叠层橡胶支座和铅芯叠层橡胶支座。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计1 1）普通叠层橡胶支座）普通叠层橡胶支座普通叠层橡胶支座采用拉伸较强、徐变较小、温度变化对

18、性能影响不大的天然橡胶制作而成。这种支座具有高弹性、低阻尼的特点。图9-6所示为其滞回曲线。为取得所需的隔震层的滞回性能，普通叠层橡胶支座必须和阻尼器配合使用。图9-6 普通叠层橡胶支座的滞回曲线9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计2 2）高阻尼叠层橡胶支座）高阻尼叠层橡胶支座高阻尼叠层橡胶支座采用特殊配制的具有高阻尼的橡胶材料制作而成，其形状与普通叠层橡胶支座相同。图9-7所示为高阻尼叠层橡胶支座的滞回曲线。图9-7 高阻尼叠层橡胶支座的滞回曲线9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计3 3）铅芯叠层橡胶支座）铅芯叠层橡胶支座铅芯叠层橡胶支座是在叠层橡胶支座中部圆形孔中压入铅而成，其构造

19、如图9-8（a）所示。由于铅具有较低的屈服点和较高的塑性变形能力，可使铅芯叠层橡胶支座的阻尼比达到20%30%。图9-8（b）所示为铅芯叠层橡胶支座的滞回曲线。铅芯具有提高支座的吸能能力，确保支座有适度的阻尼，同时又具有增加支座的初始刚度，控制风反应和抵抗微震的作用。铅芯橡胶支座既具有隔震作用，又具有阻尼作用，因此可单独使用，无须另设阻尼器，使隔震系统的组成变得比较简单，可以节省空间，在施工上也较为有利。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计我国目前使用最普遍的是铅芯叠层橡胶支座，普通叠层橡胶支座亦有少量应用，高阻尼叠层橡胶支座目前在我国尚无使用。图9-8 铅芯叠层橡胶支座的构造及滞回曲线9

20、.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计9.2.39.2.3 隔震隔震结构的构的设计要求要求隔震结构方案的选择隔震结构方案的选择1.隔震结构主要用于高烈度地区或使用功能有特别要求的建筑，符合以下各项要求的建筑可采用隔震方案：（1）非隔震时，结构基本周期小于1.0s的多层砌体房屋、钢筋混凝土框架房屋等。（2）体型基本规则，且抗震计算可采用底部剪力法的结构。（3）建筑场地宜为，类，并应选用稳定性较好的基础类型。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计（4）风荷载和其他非地震作用的水平荷载标准值产生的总水平力不宜超过结构总重力的10%。（5）隔震层宜设置在结构第一层以下的部位，应提供必要的竖向承载力、

21、侧向刚度和阻尼；穿过隔震层的设备配管、配线，应采用柔性连接或其他有效措施，以适应隔震层在罕遇地震下的水平位移。当不满足以上要求时，应进行详细的结构分析并采取可靠的措施。体型复杂或有特殊要求的结构采用隔震方案时，宜通过模型试验后确定。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计隔震层的设置隔震层的设置2.当隔震层位于第一层及以上时，结构体系的特点与普通隔震结构可能有较大差异，隔震层以下的结构设计计算也更复杂，需做专门研究。隔震层的布置应符合下列的要求：（1）隔震层可由隔震支座、阻尼装置和抗风装置组成。阻尼装置和抗风装置既可与隔震支座合为一体，亦可单独设置。必要时可设置限位装置。9.2 9.2 隔震结

22、构设计隔震结构设计（2）隔震层的刚度中心宜与上部结构的质量中心重合。（3）隔震支座的平面布置宜与上部结构和下部结构的竖向受力构件的平面位置相对应。（4）同一房屋选用多种规格的隔震支座时，应注意充分发挥每个橡胶支座的承载力和水平变形能力。（5）同一支承处选用多个隔震支座时，隔震支座之间的净距应大于安装操作所需要的空间要求。（6）设置在隔震层的抗风装置宜对称、分散地布置在建筑物的周边或周边附近。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计9.2.49.2.4 隔震隔震结构的抗震分析构的抗震分析隔震结构的抗震分析方法主要采用底部剪力法和时程分析法。一般情况下宜采用时程分析法计算隔震结构和非隔震结构，计算

23、简图可采用剪切型结构模型，如图9-9所示。图9-9 上部结构为3层的隔震结构计算简图m楼层集中质量；k抗侧移刚度；c阻尼9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计当上部结构体型复杂时，应计入扭转变形的影响。一般情况下，上部结构可采用线弹性模型，隔震层根据不同的情况可采用线弹性模型或双线型模型。输入的地震波的反应谱特性和数量，应符合建筑抗震设计规范（GB500112001）的有关要求，计算结构宜取平均值；当处于发震断层10km以内时，若输入地震波未考虑近场影响，则对甲、乙类建筑的计算结果尚应乘以近场影响系数：5km以内取1.5，5km以外取1.25。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计9.2.

24、59.2.5 上部上部结构的抗震构的抗震设计隔震房屋可根据不同的结构类型，按下列原则调整成对应非隔震结构的地震作用计算、抗震验算：（1）对于多层结构，水平地震作用沿高度可按重力荷载代表值分布。（2）隔震层以上结构的水平地震作用应根据水平向减震系数确定。（3）由于隔震层对竖向隔震效果不明显，故当设防烈度为9度时和8度且水平向减震系数不大于0.3时，隔震层以上的结构应进行竖向地震作用的计算。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计（4）隔震后的上部结构按有关规范和规定进行设计时，地震作用可以降低，抗震措施也可以适当降低。隔震后结构的水平地震作用大致归纳为比非隔震时降低半度、一度和一度半三个档次，见

25、表9-1（对于一般橡胶支座）；而隔震后的上部结构的抗震措施，一般橡胶支座以水平向减震系数0.4为界划分，只能按降低一度分档，即以=0.4分档，见表9-2。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计计算隔震结构水平地震作用时，水平向减震系数可按下列原则确定：对于多层建筑，水平向减震系数按弹性计算所得的隔震房屋和非隔震房屋在多遇地震作用下各层最大层间剪力的最大比值确定；对于高层建筑，还应计算隔震房屋与非隔震房屋各层倾覆力矩的最大比值，并与层间剪力的最大比值相比较，取两者的较大值。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计隔震层的水平等效刚度Kh和等效黏滞阻尼比e

26、q可按式（9-1）和式（9-2）计算。Kh=Kj（9-1）eq=Kjj/Kh（9-2）式中，j为第j隔震支座由试验确定的等效黏滞阻尼比，设置阻尼装置时，应包括相应阻尼比；Kj为第j隔震支座（含消能器）由试验确定的水平等效刚度。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计对水平向减震系数进行计算时，应取隔震支座剪切变形为100%的等效刚度和等效黏滞阻尼比；对罕遇地震进行验算时，宜采用隔震支座剪切变形250%时的等效刚度和等效黏滞阻尼比，当隔震支座直径较大（直径大于或等于600mm）时，可采用隔震支座剪切变形为100%时的等效刚度和等效黏滞阻尼比。当采用时程分析法时，应以试验所得滞回曲线作为计算依据。

27、9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计9.2.69.2.6 隔震隔震层的的设计与与验算算隔震支座的规格、数量和布置应根据竖向承载力、侧向刚度和阻尼的要求通过计算确定。隔震支座应进行竖向受压承载力及水平向抗风和抗震验算。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计隔震层的竖向受压承载力验算隔震层的竖向受压承载力验算1.橡胶隔震支座的压应力既是确保橡胶隔震支座在无地震作用时正常使用的重要指标，也是直接影响橡胶隔震支座在地震作用时其他各种力学性能的重要指标。它是设计或选用隔震支座的关键因素之一。橡胶隔震支座在重力荷载代表值的竖向压应力不应超过表9-3的规定，橡胶支座在罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下

28、，拉应力不应大于1MPa。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计注1：压应力设计值应按永久荷载和可变荷载的组合计算；其中，楼面活荷载应按现行国家标准建筑结构荷载规范（GB500092012）的规定乘以折减系数。注2：结构倾覆验算时应包括水平地震作用效应组合；对需进行竖向地震作用计算的结构，尚应包括竖向地震作用效应组合。注3：当橡胶支座的第二形状系数(有效直径与橡胶层总厚度之比)小于5.0时，应降低压应力限值；小于5不小于4时降低20%，小于4不小于3时降低40%。注4：外径小于300mm的橡胶支座，压应力限值为10MPa。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计规定隔震支座中不宜出现拉应力，

29、主要是考虑以下三个因素：（1）橡胶受拉后内部有损伤，降低了支座的弹性性能。（2）隔震支座出现拉应力，意味着上部结构存在倾覆危险。（3）橡胶隔震支座在拉伸力下滞回特性实物实验尚不充分。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计抗风装置的验算抗风装置的验算2.wVWKVRW（9-3）式中，w为风荷载分项系数，采用1.4；VWK为风荷载作用下隔震层的水平剪力标准值；VRW为抗风装置的水平承载力设计值，当抗风装置是隔震支座的组成部分时，取隔震支座的水平屈服荷载设计值，当抗风装置单独设置时，取抗风装置的水平承载力，可按材料屈服强度设计值确定。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计隔震支座的弹性恢复力验算

30、隔震支座的弹性恢复力验算3.K100tr1.4VRW（9-4）式中，K100为隔震支座在水平剪切应变100%时的等效刚度；tr为橡胶垫的厚度。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计隔震支座对应于罕遇地震水平剪力的水平位移验算隔震支座对应于罕遇地震水平剪力的水平位移验算4.隔震支座对应于罕遇地震水平剪力的水平位移应满足式（9-5）和式（9-6）的要求。uiui（9-5）ui=iuc（9-6）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倍和支座内部橡胶总厚度3.0倍二者的较小值；uc为罕遇地震下

31、隔震层质心处或不考虑扭转的水平位移；当隔震层以上结构的质心与隔震层刚度中心在两个主轴方向均无偏心时，边支座的扭转影响系数不应小于1.15。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计罕遇地震下的水平位移宜采用时程分析法计算，对砌体结构及与其基本周期相当的结构，隔震层质心处在罕遇地震下的水平位移ue可按式（9-7）计算。ue=s1eqG/Kh（9-7)式中,s为近场系数，距发震断层5km以内取1.5，510km取不小于1.25；1eq为罕遇地震下的地震影响系数值，可根据隔震层参数，按第3章3.2节的有关规定进行计算。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计当隔震支座的平面布置为矩形或接近于矩形，但上

32、部结构的质心与隔震层刚度中心不重合时，隔震支座扭转影响系数可按下列方法确定：（1）仅考虑单向地震作用的扭转时（见图9-10），扭转影响系数可按式（9-8）估计。图9-10 扭转计算示意9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计=1+12esi/a2+b2（9-8)式中，e为上部结构质心与隔震层刚度中心在垂直于地震作用方向的偏心距；si为第i个隔震支座与隔震层刚度中心在垂直于地震作用方向的距离；a，b为隔震层平面的两个边长。对边支座，其扭转影响系数不宜小于1.15；当隔震层和上部结构采取有效的抗扭措施后或扭转周期小于平动周期的70%时，扭转影响系数可取1.15。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构

33、设计（2）同时考虑双向地震作用的扭转时，扭转影响系数可仍按式（9-8)计算，但其中的偏心距e应采用式（9-9）和式（9-10）中的较大值替代。(9-9)(9-10)式中，ex为y方向地震作用时的偏心距；ey为x方向地震作用时的偏心距。对边支座，其扭转影响系数不宜小于1.2。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计隔震层以下结构的抗震验算隔震层以下结构的抗震验算5.隔震层以下结构(包括地下室)的地震作用和抗震验算，应采用罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩进行计算。基础抗震验算和地基处理仍应按原设防烈度进行，甲、乙类建筑的抗液化措施可按提高一个液化等级确定，直至全部消除液化沉陷。9.2

34、9.2 隔震结构设计隔震结构设计9.2.79.2.7 隔震隔震结构的构造措施构的构造措施隔震层的构造要求隔震层的构造要求1.隔震支座和阻尼装置的连接构造，应符合下列要求：（1）隔震支座和阻尼装置应安装在便于维护人员接近的部位。（2）隔震支座与上部结构、下部结构之间的连接件，应能传递支座的最大水平剪力和弯矩。（3）外露的预埋件应有可靠的防锈措施。预埋件的锚固钢筋应与钢板牢固连接，锚固钢筋的锚固长度宜大于20倍锚固钢筋直径，且不应小于250mm。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计隔震建筑应采取不阻碍隔震层在罕遇地震下发生大变形的措施。上部结构的周边应设置防震缝，缝宽不宜小于各隔震支座在罕遇地

35、震下的最大水平位移值的1.2倍。上部结构(包括与其相连的任何构件)与地面(包括地下室和与其相连的构件)之间宜设置明确的水平隔离缝；当设置水平隔离缝确有困难时，应设置可靠的水平滑移垫层。在走廊、楼梯、电梯等部位，应无任何障碍物。穿过隔震层的设备管、配线应采取柔性连接等以适应隔震层在罕遇地震下水平位移的措施；采用钢筋或刚架接地的避雷设备，应设置跨越隔震层的接地配线。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计隔震层顶部梁板体系的构造要求隔震层顶部梁板体系的构造要求2.为了保证隔震层能够整体协调工作，隔震层顶部应设置平面内刚度足够大的梁板体系。隔震层顶部梁板的刚度和承载力宜大于一般楼盖梁板的刚度和承载力

36、。隔震支座的相关部位应采用现浇混凝土梁板结构，现浇板的厚度不应小于160mm，配筋现浇面层的厚度不应小于50mm。隔震支座上方的纵横梁应采用现浇钢筋混凝土结构。隔震支座附近的梁、柱受力状态复杂，地震时还会受到冲切，因此，应考虑冲切和局部承压，加密箍筋并根据需要配置网状钢筋。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计上部结构的主要构造要求上部结构的主要构造要求3.丙类建筑中隔震层以上结构的抗震措施，当水平向减震系数为0.75时不应降低非隔震时的有关要求；当水平向减震系数不大于0.50时，可适当降低非隔震时的要求，但与抵抗竖向地震作用有关的抗震构造措施不应降低。对钢筋混凝土结构，柱和墙肢的轴压比控制

37、应仍按非隔震的有关规定采用，其他计算和抗震构造措施要求可按表9-4划分抗震等级，再按建筑抗震设计规范（GB500112010）的有关规定采用。9.2 9.2 隔震结构设计隔震结构设计9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计9.3.19.3.1 结构消能减震原理与消能减震构消能减震原理与消能减震结构特点构特点结构消能减震技术是在结构物某些部位(如支撑、剪力墙、节点、连接缝或连接件、楼层空间、相邻建筑间、主附结构间等)设置消能(阻尼)装置(或元件)，通过消能(阻尼)装置产生摩擦、弯曲(或剪切、扭转)弹塑(或黏弹)性滞回变形等来耗散或吸收地震输入结构中的能量，以减小主体结构的地震反应，从而避

38、免结构产生破坏或倒塌，达到减震控震的目的。装有消能(阻尼)装置的结构称为消能减震结构。9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计消能减震的原理可以从能量的角度来描述（见图9-11），结构在地震中任意时刻的能量方程如下：传统抗震结构：Ein=Ev+Ec+Ek+Eh(9-11)消能减震结构：Ein=Ev+Ec+Ek+Eh+Ed（9-12)9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计式中，Ein，Ein分别为地震过程中输入传统抗震结构、消能减震结构体系的能量；Ev，Ev分别为传统抗震结构、消能减震结构体系的动能；Ec，Ec分别为传统抗震结构、消能减震结构体系的黏滞阻尼消能；Ek，Ek分别为

39、传统抗震结构、消能减震结构体系的弹性应变能；Eh，Eh分别为传统抗震结构、消能减震结构体系的滞回消能；Ed为消能(阻尼)装置或消能元件耗散或吸收的能量。9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计图9-11 结构能量转换途径对比9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计在上述能量方程中，由于Ev或（Ev）和Ek或(Ek)仅仅是能量转换，不能消能，Ec和Ec只占总能量的很小部分(约5%)，因此可以忽略不计。在传统的抗震结构中，主要依靠Ek消耗输入结构的地震能量，但因结构构件在利用其自身弹塑性变形消耗地震能量的同时，构件本身将遭到损伤甚至破坏，而且某一结构构件消能越多，其破坏越严重。在消

40、能减震结构体系中，消能(阻尼)装置或元件在主体结构进入非弹性状态前率先进入消能工作状态，充分发挥消能作用，耗散大量输入结构体系的地震能量，则结构本身需消耗的能量很少，这意味着结构反应将大大减小，从而有效地保护了主体结构，使其不再受到损伤或破坏。9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计一般来说，结构的损伤程度与结构的最大变形max和滞回消能(或累积塑性变形)Eh成正比，可以表达为D=fmax,Eh（9-13)在消能减震结构中，由于最大变形max和构件的滞回消能Eh较传统抗震结构的最大变形max和滞回消能Eh大大减少，因此结构的损伤大大减少。消能减震结构具有减震机理明确,减震效果显著,安全

41、可靠,经济合理,技术先进,适用范围广等特点，目前，已被成功用于工程结构的减震控制中。9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计9.3.29.3.2 消能减震装置与消能器的恢复力模型消能减震装置与消能器的恢复力模型消能减震装置消能减震装置1.消能减震装置的种类很多，根据消能机制的不同可分为摩擦消能器、钢弹塑性消能器、铅挤压阻尼器、黏弹性阻尼器、黏滞阻尼器和铅黏弹性阻尼器等；根据消能器消能的依赖性不同可分为速度相关型消能器(如黏弹性阻尼器和黏滞阻尼器)和位移相关型消能器(如摩擦消能器、钢弹塑性消能器和铅挤压阻尼器)等。9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计1 1）摩擦消能器）摩擦消

42、能器摩擦消能器是根据摩擦做功而耗散能量的原理设计的。目前已有多种不同构造的摩擦消能器，如Pall型摩擦消能器、摩擦筒制震器、限位摩擦消能器、摩擦滑动螺栓节点及摩擦剪切铰消能器等。图9-12（a）、（b）所示为Pall型摩擦消能器，它是一种靠滑动而改变形状的机构。该机构带有摩擦制动板，该机构的滑移受板间摩擦力的控制，而摩擦力取决于板间的挤压力，可以通过松紧节点板的高强螺栓来调节。该装置按正常使用荷载及小震作用下不发生滑动设计，在强烈地震作用下，其主要构件尚未发生屈服，装置即产生滑移以摩擦功耗散地震能量，并改变了结构的自振频率，从而使结构在强震中改变动力特性，达到减震的目的。9.3 9.3 消能减

43、震结构设计消能减震结构设计摩擦消能器的种类很多，且都具有很好的滞回特性，滞回环呈矩形，消能能力强，工作性能稳定等特点。图9-12（c）所示为其典型的滞回曲线。摩擦消能器一般安装在支撑上，形成摩擦消能支撑。图9-12 Pall型摩擦消能器及其典型的滞回曲线9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计2 2）钢弹塑性消能器）钢弹塑性消能器软钢具有较好的屈服后性能，利用其进入弹塑性范围后的良好滞回特性，目前已研究开发了多种消能装置，如加劲阻尼(addingdampingandstiffness，ADAS)装置、圆环消能器、双环消能器、加劲圆环消能器、低屈服点钢消能器和无黏结支撑等。这类消能器具有

44、滞回性能稳定，消能能力大，长期可靠并不受环境与温度影响的特点。9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计(1）加劲阻尼装置。加劲阻尼装置是由数块相互平行的X形或三角形钢板通过定位件组装而成的消能减震装置，如图9-13（a）所示。它一般安装在人字形支撑顶部和框架梁之间，在地震作用下，框架层间相对变形引起装置顶部相对于底部的水平运动，使钢板产生弯曲屈服，利用弹塑性滞回变形耗散地震能量。图9-13（b）所示为8块三角形钢板组成的加劲阻尼装置的滞回曲线。9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计图9-13 加劲阻尼装置及其滞回曲线9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计(2）圆环消

45、能器。圆环消能器是由数块相互平行的X形钢板和钢圆环通过螺栓或焊接而成的消能减震装置，如图9-14所示。图9-14 圆环消能器9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计(3）双环消能器。双环消能器由两个简单的消能圆环构成，如图9-15（a）所示。试验研究表明，这种消能器的滞回曲线为典型的纺锤形，形状饱满，具有稳定的滞变回路，如图9-15（b）所示。图9-15 双环消能器及其滞回曲线9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计(4）加劲圆环消能器。加劲圆环消能器由消能圆环和加劲弧板构成，即在圆环消能器中附加弧形钢板以提高圆环消能器的刚度和阻尼，改善圆环消能器承载能力和初始刚度较低的缺点，

46、如图9-16（a）所示。试验研究表明，加劲圆环消能器不仅工作性能稳定，适应性好，变形能力强，消能能力可随变形的增大而提高，而且具有多道减震防线和多重消能特性，其滞回曲线如图9-16(b)所示。9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计图9-16 加劲圆环消能器及其滞回曲线9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计(5）低屈服点钢消能器。低屈服点钢是一种屈服点很低、延性滞回性能很好的材料。图9-17所示为钢材型号为BTLYP100、宽厚比D/t为40的低屈服点钢消能器试验后的形状和滞回曲线。由此可以看出，该类消能器具有较强的消能能力，滞回曲线形状饱满，性能稳定。图9-17 低屈服点钢

47、消能器的构造与典型的滞回曲线9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计(6）无黏结支撑。无黏结支撑(约束钢构件消能器)是一个结构支撑构件，它由内核心钢板和外方型（圆形或矩形）钢管之间填灰浆组成，内核心钢板和灰浆之间涂了一层无黏结材料，这种材料的作用是确保内核心钢板上的轴力不传到灰浆体和外钢管上，灰浆和外钢管共同阻止支撑的弯曲，这些组件完美的结合使该支撑在屈服后能产生稳定、对称的拉压滞回性能。其构造如图9-18(a)所示。经过合理设计的无黏结支撑，不但具有高刚度和高韧性，并且其不弯曲的特性更能展现钢材良好的滞回消能能力，图9-18(b)所示为双核心构件无黏结支撑的应力-应变滞回曲线，因此，

48、无黏结支撑不仅具有同心斜撑和滞回型消能元件的功能，而且还具有良好的抗震应用价值。9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计图9-18 无黏结支撑及其典型的滞回曲线 Fy屈服位移9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计3 3）铅挤压阻尼器）铅挤压阻尼器铅是一种结晶金属，具有密度大、熔点低、塑性好、强度低等特点。发生塑性变形时，铅的晶格被拉长或错动，一部分能量将转换成热量，另一部分能量为促使再结晶而消耗，使铅的组织和性能恢复至变形前的状态。铅的动态恢复与再结晶过程在常温下进行，耗时短且无疲劳现象，因此铅具有稳定的消能能力。图9-19（a）所示为收缩管型铅挤压阻尼器，图9-19（b）所

49、示为鼓凸轴型铅挤压阻尼器，当中心轴相对钢管运动时，铅被挤压，通过中心轴与管壁间形成的挤压口而产生塑性挤压变形，耗散能量。铅挤压阻尼器具有库仑摩擦的特点，其滞回曲线基本呈矩形见图9-19（c），在地震作用下，挤压力和消能能力基本上与速度无关。9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计图9-19 铅挤压阻尼器及其典型的滞回曲线此外，还有利用铅产生剪切或弯剪塑性滞回变形消能原理制成的铅剪切消能器、U形铅消能器等。9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计4 4）黏弹性阻尼器）黏弹性阻尼器黏弹性阻尼器由黏弹性材料和约束钢板组成。典型的黏弹性阻尼器如图9-20（a）所示，它由两个T形约束钢板

50、夹一块矩形钢板组成，T形约束钢板与中间钢板之间夹有一层黏弹性材料。图9-20 典型的黏弹性阻尼器及其滞回曲线9.3 9.3 消能减震结构设计消能减震结构设计图9-20（b）所示为黏弹性阻尼器的典型滞回曲线，可以看出，其滞回环呈椭圆形，具有很好的消能性能，它能同时提供刚度和阻尼。由于黏弹性材料的性能受温度、频率和应变幅值的影响，所以黏弹性阻尼器的性能也受温度、频率和应变幅值的影响，有关研究结果表明，其消能能力随着温度的增加而降低；随着频率的增加而增加，在高频下，随着循环次数的增加，消能能力逐渐退化至某一平衡值；当应变幅值小于50%时，应变的影响不大，但在大应变的激励下，随着循环次数的增加，消能能