CN107191047A - 一种跨层设置隔震支座的隔震设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种跨层设置隔震支座的隔震设计方法，包括如下步骤：S1：隔震层由上层隔震结构、下层隔震结构组成，上层隔震结构、下层隔震结构分设在相邻的上下楼层；S2：下层隔震结构上设有若干个剪力墙，调整剪力墙的厚度或长度，以提高抗侧刚度，达到减震效果。本发明的有益效果是：本发明中的方法该能够解决大范围的跨层布置隔震支座带来的相关问题，在工程实践提高隔震设计的适用范围。

Description

一种跨层设置隔震支座的隔震设计方法

技术领域

本发明涉及工业建筑、民用建筑、桥梁等建筑隔震设计领域，更具体地说涉及一种跨层设置隔震支座的隔震设计方法。

背景技术

我国属于地震频发国家，近年来接连在汶川及雅安发生大地震，地震造成了大量的人员伤亡和巨大的财产损失，即使部分建筑达到了抗震设计“大震不倒”的设计目标，但由于填充墙及装修次结构的破坏扔造成人员伤亡。因此，在政府层面多次提到建议推广减隔震技术，提高结构的抗震性能确保人员生命安全，部分设计烈度较高地区对于重要建筑强制采用减隔震技术，极大的促进了我国隔震技术的发展。目前，国内比较成熟、应用最广泛的隔震产品为叠层橡胶隔震支座，少部分采用摩擦摆支座。

目前常采用的隔震层设置位置有基础隔震、地下室顶板隔震及少数采用大底盘顶部的层间隔震，考虑到目前的隔震设计方法是把隔震层作为一个单一的、整体的楼层假定进行设计方法研究得到的，因此，为了确保隔震层整体性，隔震层中的隔震支座均设置在标高不变或标高变化很小的位置，同时强化对隔震层顶板的刚度及隔震层下部嵌固刚度要求。实际工程中经常会存在设备管线在隔震层的上下楼层之间穿行的情况，通常的做法是设置柔性连接，确保在地震时有足够的水平变形能力适应隔震层上、下结构之间的相对变形，而不至于管线连接破坏导致设备运行出现问题。

但有些特殊高精设备的管线目前还无法适应大变形的柔性连接，同时大量的柔性连接占用了比较多的空间影响隔震层下层的建筑空间的使用，以往出现此类情况建筑，如调整隔震层位置不可行，建筑师基本就放弃使用隔震设计。如果采用跨层隔震，无此类设备的区域隔震支座位置不变，在有此类设备的区域将隔震支座设置于下一楼层，即隔震支座布置于不同的楼层位置，如通过一整套有效的设计方法，确保跨层隔震支座变形协调、同步，相关构件的刚度及承载力满足一定的标准要求，一方面适应特殊设备的管线无法适应大变形、不影响原隔震层的下层的建筑空间，另一方面实现应有隔震效果，提高上层隔震结构的整体抗震性能。

经过调研以及根据专利申请人参与的多个类似设计工程，国内目前没有实例工程采用大范围的跨层隔震设计。个别工程的隔震支座由于建筑局部功能原因降板形成较小高差，通过设置加腋的方式解决；或在电梯井位置存在下挂的情况。以上情况均处于同层隔震设计范畴，属于局部的小变化，未上升到设计方法上的改变。

该设计方法能够解决大范围的跨层布置隔震支座带来的相关问题，提高隔震设计的适用范围，对推动我国减隔震设计的发展有较大的促进作用。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种跨层设置隔震支座的隔震设计方法，针对隔震下层隔震结构的竖向构件的布置、抗侧刚度及承载力进行了量化设计，满足隔震设计的适用范围。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

一种跨层设置隔震支座的隔震设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：隔震层由上层隔震结构、下层隔震结构组成，所述上层隔震结构、所述下层隔震结构分设在相邻的上下楼层；

S2：所述下层隔震结构上设有若干个剪力墙，调整所述剪力墙的厚度或长度，以提高抗侧刚度，达到减震效果。

进一步，所述步骤S2具体为：

将剪力墙设置在所述下层隔震结构上，所述剪力墙设置的厚度或长度由所述抗侧刚度决定；

在地震作用下，层间位移角限值也发生变化，通过所述抗侧刚度分析出层间位移角的大小，所述抗侧刚度计算公式为：

为确保所述剪力墙的抗剪截面满足要求，所述抗剪截面需满足：

V≤0.15f_cA

V＝KΔ；

其中：G、E为墙体材料固有属性，剪切模量为G，弹性模量为E，I为抗弯惯性矩，A为截面面积，长度为h，宽度为b，高度为H，λ为墙体的高度与长度比值H/h，墙体材料受压强度设计值为f_c，V为设计剪力值，Δ为层间位移值。

进一步，所述层间位移角限值范围为1/561-/1000。

进一步，所述剪力墙结构的配筋设计通过弹塑性时程分析确定。

进一步，在所述下层隔震结构的框架柱之间，所述剪力墙沿X、Y轴方向分布。

进一步，所述下层隔震结构的面积不少于所述隔震层总体面积的一半。

进一步，上层隔震结构、下层隔震结构的结构分别由隔震层支座、支墩及其上的梁柱结构组成。

本发明的有益效果为：

相比较以往单层隔震设置大量的柔性连接占用了比较多的空间影响隔震层下层的建筑空间的使用，采用本发明中的跨层隔震设计，确保跨层隔震支座变形协调、同步，相关构件的刚度及承载力满足一定的标准要求，适应特殊设备的管线无法适应大变形，不影响原隔震层的下层的建筑空间，实现应有隔震效果，提高上层隔震结构的整体抗震性能；

在隔震层下层隔震结构采用布置双方向剪力墙结构来有效提高抗侧刚度协调跨层支座的变形同步；在平面上控制剪力墙的间距来减小楼板的平面内变形，从而提高同层隔震支座的变形同步，最终实现所有支座变形的高度同步，提高隔震效果；

本发明中的设计方法拟在抗侧刚度分析阶段进行有效控制，减小后续承载力验算阶段出现抗剪截面不足情况，避免重新对罕遇地震非线性时程分析进行承载力计算，造成分析工作量过大，加大设计难度；

本发明中的方法该能够解决大范围的跨层布置隔震支座带来的相关问题，在工程实践提高隔震设计的适用范围。

附图说明

图1是隔震支座跨层布置示意图；

图2是隔震层下层隔震结构竖向构件布置方法；

图3是实施例中墙体高宽比与层间位移角限值的关系示意图；

图中：

1、上层隔震结构；2、下层隔震结构；3、剪力墙；4、框架柱。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例

如图1、图2所示，一种跨层设置隔震支座的隔震设计方法，包括如下步骤：

S1：隔震层由上层隔震结构、下层隔震结构组成，所述上层隔震结构、所述下层隔震结构分设在相邻的上、下楼层；

所述下层隔震结构的面积不少于所述隔震层总体面积的一半，分布合理，确保跨层隔震支座变形协调、同步，保障了隔震效果。

S2：所述下层隔震结构上设有若干个剪力墙，调整所述剪力墙的厚度或长度，以提高抗侧刚度，达到减震效果。

在所述下层隔震结构的框架柱之间，所述剪力墙沿X、Y轴方向分布；

隔震下层隔震结构竖向构件抗侧刚度的大小直接影响在罕遇地震上、下层隔震支座的变形差异，故应将该变形差控制在最小。

考虑到隔震下层隔震结构的墙体在进行承载力验算时采用的罕遇地震非线性时程分析结果进行内力组合设计，如此时出现墙体抗剪截面不足情况，就需要及时调整墙厚度或长度，以获得足够的抗侧刚度。

所述步骤S2具体为：在地震作用下，层间位移角限值也发生变化，通过抗侧刚度分析出层间位移角的大小，抗侧刚度计算公式为：

为确保所述剪力墙的抗剪截面满足要求，所述抗剪截面需满足：

V≤0.15f_cA

V＝KΔ；

联立以上两式得到：

其中：G、E为墙体材料固有属性，剪切模量为G，弹性模量为E，I为抗弯惯性矩，A为截面面积，长度为h，宽度为b，高度为H，λ为墙体的高度与长度比值H/h，墙体材料受压强度设计值为f_c，V为设计剪力值，Δ为层间位移值。

要确保墙体的抗剪截面满足要求，在对应的地震作用下层间位移角限值也发生变化，高宽比λ越大，层间位移角限值越大。

如参照《建筑抗震设计规范》中表5.5.1，各种结构体系中变形控制最严的层间位移角限值为1/1000，按该变形限制控制，通常的跨层层高不大于6000mm计算，上、下层支座的变形差小于6mm。按常用支座规格直径不小于600mm，极限变形能力不小于330mm计算，以上的变形差小于极限变形能力的2％，能够满足设计需求。

在抗侧刚度控制阶段，根据墙体材料并找出抗侧方向墙体等效高长比λ最大值(实际墙体之间通过连梁连接，如连梁线刚度较大形成双肢墙，此时等效高长比λ应大于单肢墙计算得到的高长比，可近似乘以放大系数)，按上述S2中公式计算出层间位移角限值，如图3，以常用的混凝土材料C30、C40、C50为例，当在λ在0.2-1.2之间变化时，层间位移角限值在1/561—1/4948之间变化；

当层间位移角小于1/1000时，取最小计算限值为1/1000，对进行剪力墙设置；

当所述层间位移角限值范围大于1/1000时，根据层间位移角限值增加剪力墙的厚度或长度，以提供足够的抗侧刚度。

故所述层间位移角限值范围为1/561-/1000，满足在此范围内而设置的剪力墙基本可以保证后续抗剪截面满足设计要求。

剪力墙结构罕遇地震下承载力，如果剪力墙结构爱出现抗弯或抗剪屈服，会导致刚度的大幅退化，从而会加大上、下层隔震结构的相对变形，导致隔震支座变形的出现明显的不协同从而影响隔震效果，因此，该设计方法对隔震下层隔震结构剪力墙结构在罕遇地震下的承载力要求，需满足罕遇地震下正截面抗压弯、拉弯承载力弹性、斜截面抗剪不屈服的性能要求；

采用多组满足《建筑抗震设计规范》选波要求的地震波进行弹塑性时程分析，根据时程分析内力进行承载力验算，复核剪力墙结构的配筋设计满足承载力要求。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种跨层设置隔震支座的隔震设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：隔震层由上层隔震结构、下层隔震结构组成，所述上层隔震结构、所述下层隔震结构分设在相邻的上、下楼层，所述上层隔震结构、所述下层隔震结构设有供设备管线通过的通道；

S2：所述下层隔震结构上设有若干个剪力墙，调整所述剪力墙的厚度或长度，以提高抗侧刚度，达到减震效果。

2.根据权利要求1所述的跨层设置隔震支座的隔震设计方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：

将剪力墙设置在所述下层隔震结构上，所述剪力墙设置的厚度或长度由所述抗侧刚度决定；

在地震作用下，层间位移角限值也发生变化，通过所述抗侧刚度分析出层间位移角的大小，所述抗侧刚度计算公式为：

<mrow> <msub> <mi>K</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>G</mi> <mi>A</mi> </mrow> <mi>H</mi> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

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为确保所述剪力墙的抗剪截面满足要求，所述抗剪截面需满足：

V≤0.15f_cA

V＝KΔ；

其中：G、E为墙体材料固有属性，剪切模量为G，弹性模量为E，I为抗弯惯性矩，A为截面面积，长度为h，宽度为b，高度为H，λ为墙体的高度与长度比值H/h，墙体材料受压强度设计值为f_c，V为设计剪力值，Δ为层间位移值。

3.根据权利要求2所述的跨层设置隔震支座的隔震设计方法，其特征在于：所述层间位移角限值范围为1/561-/1000。

4.根据权利要求2所述的跨层设置隔震支座的隔震设计方法，其特征在于：所述剪力墙结构的配筋设计通过弹塑性时程分析确定。

5.根据权利要求1所述的跨层设置隔震支座的隔震设计方法，其特征在于：在所述下层隔震结构的框架柱之间，所述剪力墙沿X、Y轴方向分布。

6.根据权利要求4所述的跨层设置隔震支座的隔震设计方法，其特征在于：所述下层隔震结构的面积不少于所述隔震层总体面积的一半。

7.根据权利要求1所述的跨层设置隔震支座的隔震设计方法，其特征在于：上层隔震结构、下层隔震结构的结构分别由隔震层支座、支墩及其上的梁柱结构组成。