CN111576656A

CN111576656A - 梁板分离式分层隔震结构

Info

Publication number: CN111576656A
Application number: CN201910121197.7A
Authority: CN
Inventors: 陶传迁
Original assignee: Heilongjiang Bayi Agricultural University
Current assignee: Heilongjiang Bayi Agricultural University
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2020-08-25

Abstract

本发明公开了一种梁板分离式分层隔震结构，包括框架和框架剪力墙，所述框架和框架剪力墙中的楼板通过多个橡胶隔震支座支承于梁上，所述橡胶隔震支座可选用普通叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座。楼板与所述框架和框架剪力墙的柱之间设置防震缝或用高阻尼橡胶填充。所述橡胶隔震支座沿高度根据隔震目标可层层设置，也可仅设置在某些楼层。所述橡胶隔震支座沿平面根据隔震目标设置在所有楼板之下，或者仅设置在某些楼板之下。本发明将建筑物的主要质量楼板用橡胶隔震支座隔离，隔震效果良好。本发明在隔震的同时并不断开抗侧力构件，整体性和稳定性更好，适用范围更广。另外，本发明对风振、机器振动等也会起到一定的隔振效果。

Description

梁板分离式分层隔震结构

本发明涉及一种梁板分离式分层隔震结构，属于建筑隔震与耗能减震技术领域。

背景技术

隔震技术的原理是通过设置侧移刚度较小的隔震支座，增加建筑物的自振周期，减小地震作用。其原理明确，隔震减震效果十分明显。

目前，隔震技术可以分为两类，一是基础隔震，即在基础顶面布置隔震支座，限制地震能量进入上部结构；一是层间隔震，即在建筑物的某楼层布置隔震支座，减小隔震支座以上楼层的地震作用。采用以上两类隔震技术的框架和框架剪力墙，通常要把所有构件（当然包括框架柱和剪力墙）断开，通过隔震支座连接。而隔震支座受拉能力非常弱，当建筑物高度或高宽比过大时，建筑物在水平地震作用下有倾覆的危险。采用以上两类隔震技术的建筑物的高宽比一般不能超过1，因而目前隔震技术常常用于多层结构，很少应用在高层结构。为了拓宽隔震技术的应用范围，使其不受高度、高宽比的限制，显然对于建筑工程的抗震具有重要意义。

传统的隔震技术，隔震支座以上的荷载特别巨大。基础隔震，隔震支座承担建筑物的所有荷载，层间隔震则隔震支座承担隔震支座以上的建筑物的所有荷载，这就要求隔震支座的竖向刚度很大，否则在建筑物自重作用下就会发生过大变形。因此传统的隔震技术中，隔震支座的竖向刚度较大，导致其竖向自振周期较小，在地震时基本没有隔离竖向地震的作用。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷采用梁板分离式分层隔震结构，以达到隔震的效果，同时又不破坏结构的整体性和稳定性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案进行实施：

在框架和框架剪力墙中，楼板通过多个橡胶隔震支座支承于主梁和次梁上，所述楼板周围与建筑物完全断开，形成隔震楼板，所述框架和框架剪力墙中设置若干层所述隔震楼板，形成梁板分离式分层隔震结构。

所述隔震楼板与框架柱之间设置防震缝或设置高阻尼橡胶块，所述高阻尼橡胶块为长方体，固定在梁上。

所述框架剪力墙的剪力墙楼屋面标高处，增设次梁，其上设置橡胶隔震支座，支承隔震楼板，隔震楼板与剪力墙之间设置防震缝或设置高阻尼橡胶块，所述高阻尼橡胶块为长方体，固定在剪力墙上。

所述橡胶隔震支座可选用普通叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座。

所述橡胶隔震支座沿高度根据隔震目标可层层设置，也可仅设置在某些楼层，所述橡胶隔震支座沿平面根据隔震目标设置在所有楼板之下，或者仅仅设置在某些楼板之下。

所述隔震楼板位于所述橡胶隔震支座处增设构造梁以支承隔震楼板。

所述框架和框架剪力墙的建筑材料为钢筋混凝土或钢材。

建筑物中的填充墙应置于隔震楼板之上。

橡胶隔震支座的类型、型号、数量等根据隔震目标经由计算确定。

本发明将建筑物的主要质量楼板用橡胶隔震支座隔离，隔震效果良好。

本发明中框架梁、框架柱以及剪力墙仍是一个完整体系，隔震的同时保证了建筑物的整体性和稳定性，使得隔震技术的应用不再局限于建筑物的高度、高宽比，使得隔震技术可以应用于高层乃至超高层建筑，拓宽了隔震技术的应用范围。

本发明采用的梁板分离式分层隔震技术，可以根据设计需求和隔震目标灵活布置橡胶隔震支座的位置（即隔震楼板的位置和范围）。

本发明由于橡胶隔震支座仅仅承担本层荷载，则可使用竖向刚度相对较小的橡胶隔震支座，增加隔震楼板的竖向自振周期，隔离竖向地震作用；同时，对于存在环境振动、机器振动的建筑物，也具有降噪减振的效果。

本发明中，建筑物的外墙坐落于隔震楼板之上，在风荷载作用下，橡胶隔震支座对降低风振，提高建筑物风振下的舒适度也能起到明显的改善作用。

本发明所述橡胶隔震支座中的铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座除隔震外，还有耗能减震的作用；同理，隔震楼板与框架柱或剪力墙之间设置的高阻尼橡胶块也具有隔震与耗能减震的作用。

附图说明

图1为梁板分离式分层隔震结构框架（板柱之间设置防震缝）立面示意图。

图2为梁板分离式分层隔震结构框架（板柱之间设置防震缝）平面示意图。

图3为梁板分离式分层隔震结构框架（板柱之间设置高阻尼橡胶块）立面示意图。

图4为梁板分离式分层隔震结构框架（板柱之间设置高阻尼橡胶块）平面示意图。

图5为梁板分离式分层隔震结构框架剪力墙（板柱之间设置防震缝）立面示意图。

图6为梁板分离式分层隔震结构框架剪力墙（板柱之间设置防震缝）平面示意图。

图7为梁板分离式分层隔震结构框架剪力墙（板柱之间设置高阻尼橡胶块）立面示意图。

图8为梁板分离式分层隔震结构框架剪力墙（板柱之间设置高阻尼橡胶块）平面示意图。

图9为梁板分离式分层隔震结构框架的楼板平面示意图。

图10为梁板分离式分层隔震结构框架剪力墙的楼板平面示意图。

图11为一个单层钢筋混凝土框架结构。

图12为原结构动力分析模型和隔震结构动力分析模型。

图13为隔震结构的第一阵型和第二阵型。

图14为隔震结构的第一阵型和第二阵型的水平地震作用标准值。

图15为隔震结构地震作用减小幅度—刚度比曲线。

图16为隔震结构第一阵型隔震层（支座）的侧移—刚度比曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优势更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本发明例提供了梁板分离式分层隔震结构。一个单层钢筋混凝土框架结，如图11所示，柱截面尺寸b×h=400mm×400mm，梁截面尺寸b×h=200mm×600mm，楼板厚度为150mm，楼面活荷载为2KN/m²，采用C30混凝土，弹性模量E=30×10⁶KN/m²，结构的阻尼比为0.05，Ⅱ类场地，设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，建筑所在地区的设计地震分组为第二组。分别计算原结构和分层隔震结构在多遇地震时的水平地震作用标准值。

重力荷载代表值：

本例中的楼面活荷载实际上为屋面活荷载，计算重力荷载代表值时，正常不考虑。但是，本例楼面板及其承担的荷载比实际情况要小，为了更接近实际情况，本例假定其为楼面活荷载，计算重力荷载代表值的时候考虑该活荷载，且组合值系数取0.5。

框架柱和框架梁：G₁=0.5×0.4²×25×4+6×0.6×0.2×25×4=104KN

楼板和其上活荷载：G₂=0.15×6²×25+0.5×2×6²=171KN

总重力荷载代表值G=G₁+G₂=275KN

按D值法计算结构的侧移刚度：

框架梁线刚度k_b=EI_b/l=(30×10⁶×0.2×0.6³/12)/6=0.018×10⁶KN×m

框架柱线刚度k_c=EI_c/l=(30×10⁶×0.4⁴/12)/4=0.016×10 ⁶KN×m

当梁板整浇时梁柱线刚度比K=1.5k_b/k_c=1.6875（1.5为框架梁截面惯性矩增大系数）

侧移刚度影响系数α=（0.5+K）/(2+K）=0.593

层间侧移刚度k₁=4×α×12×k_c/l ²=4×7116 KN/m =28464 KN/m

由阵型分解反应谱法：

ω=(k/m)^0.5=(28464×9.8/275)^0.5=31.849

T=2×3.14/ω=0.197s

0.1s<T<T_g=0.4s

按《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》地震影响系数曲线，

α₁=α_max=0.08

原结构的水平地震作用标准值为：

F_EK=0.08×275=22KN

将梁板分离，引入橡胶隔震支座，形成分层隔震结构，如图12所示，此时原结构增加一个自由度，即两个自由度。

重新计算框架柱的侧移刚度：

当梁板分离时（即采用梁板分离式分层隔震结构）梁柱线刚度比K=k_b/k_c=1.125

α=（0.5+K）/(2+K）=0.52

层间侧移刚度k₁=4×α×12×k_c/l ²=4×6240 KN/m =24960 KN/m

设隔震支座侧移刚度k₂=0.5×k₁=12480 KN/m

k₁₁=k₁+k₂=24960+12480=37440 KN/m

k₁₂=k₂₁=-12480 KN/m

k₂₂=k₂=12480 KN/m

m₁=104/9.8=10.6×10³Kg

m₂=171/9.8=17.4×10³Kg

根据两自由度体系的特征方程：

ω₁ ²=0.5×（k₁₁/m₁+k₂₂/m₂）-[0.5×（k₁₁/m₁+k₂₂/m₂）²-(k₁₁×k₂₂-k₁₂×k₂₁)/(m₁×m₂)]^0.5=443

ω₂ ²=0.5×（k₁₁/m₁+k₂₂/m₂）+[0.5×（k₁₁/m₁+k₂₂/m₂）²-(k₁₁×k₂₂-k₁₂×k₂₁)/(m₁×m₂)]^0.5=3801

ω₁=21.048

ω₂=61.652

T₁=2×3.14/21.048=0.298s

T₂=2×3.14/61.652=0.102s

0.1s<T₁<T_g=0.4s

0.1s<T₂<T_g=0.4s

按《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》地震影响系数曲线，

α₁=α_max=0.08

α₂=α_max=0.08

第一阵型为：

X₁₁/X₂₁=-k₁₂/(k₁₁-ω₁ ²×m₁)=1/2.625

第二阵型为：

X₁₂/X₂₂=-k₁₂/(k₁₁-ω₂ ²×m₁) =1/(-0.232)

以上两个阵型如图13所示。

阵型参与系数为：

γ₁=(m₁×X₁₁+ m₂×X₂₁)/( m₁×X² ₁₁+ m₂×X² ₂₁)=0.431

γ₂=(m₁×X₁₂+ m₂×X₂₂)/( m₁×X² ₁₂+ m₂×X² ₂₂)=0.568

根据阵型分解反应谱法计算地震作用：

F₁₁=0.08×0.431×1×104=3.586KN

F₂₁=0.08×0.431×2.625×171=15.477KN

F₁₂=0.08×0.568×1×104=4.726KN

F₂₂=0.08×0.568×(-0.232)×171=-1.803KN

以上两个阵型的地震作用示意图如图14。

按《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》平方和开平方求总水平地震作用标准值：

F_EK=[(3.586+15.477)²+(4.726-1.803)²]^0.5=19.826KN

隔震结构比原结构的地震作用降低幅度为：

(22-19.826)/22=12.3%

第一阵型中，橡胶隔震支座的侧移为F₂₁/ k₂=15.477/12480=1.2mm

其它条件不变，设橡胶隔震支座的侧移刚度k₂=k₁/3=8320 KN/m，则经过计算，两个阵型的水平地震作用标准值为：

F₁₁=2.612KN

F₂₁=15.288KN

F₁₂=5.175KN

F₂₂=-1.736KN

F_EK=[(2.612+15.288)²+(5.175-1.736)²]^0.5=18.227KN

隔震结构比原结构的地震作用降低幅度为：

(22-18.227)/22=17.1%

第一阵型中，橡胶隔震支座的侧移为F₂₁/ k₂=15.288/8320=1.8mm

其它条件不变，设橡胶隔震支座的侧移刚度k₂=k₁/5=4992 KN/m，则经过计算，两个阵型的水平地震作用标准值为：

F₁₁=1.606KN

F₂₁=14.512KN

F₁₂=6.681KN

F₂₂=-1.208KN

F_EK=[(1.602+14.512)²+(6.681-1.208)²]^0.5=17.022KN

隔震结构比原结构的地震剪力降低值为

(22-17.022)/22=22.6%

第一阵型中，橡胶隔震支座的侧移为F₂₁/ k₂=14.512/4992=2.9mm

以上三个刚度比k₂=k₁/2、k₂=k₁/3、k₂=k₁/5，对应的地震作用降低幅度参见图15，三个刚度比对应的第一阵型隔震支座的侧移参见图16。

最后应说明的是，以上实施例仅仅用以说明本发明的隔震效果，而非对其限制；对于本领域的工程技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.梁板分离式分层隔震结构，其特征在于，在框架和框架剪力墙中，楼板通过多个橡胶隔震支座（5）支承于主梁（2）和次梁上，所述楼板周围与建筑物完全断开，形成隔震楼板（3），所述框架和框架剪力墙中设置若干层所述隔震楼板（3），形成梁板分离式分层隔震结构。

2.根据权利要求书1所述的梁板分离式分层隔震结构，其特征在于，所述隔震楼板（3）与框架柱（1）之间设置防震缝或设置高阻尼橡胶块（6），所述高阻尼橡胶块（6）为长方体，固定在梁上。

3.根据权利要求书1所述的梁板分离式分层隔震结构，其特征在于，所述框架剪力墙的剪力墙（7）楼屋面标高处，增设次梁（8），其上设置橡胶隔震支座（5），支承隔震楼板（3），隔震楼板（3）与剪力墙（7）之间设置防震缝或设置高阻尼橡胶块（9），所述高阻尼橡胶块（9）为长方体，固定在剪力墙（7）上。

4.根据权利要求书1所述的梁板分离式分层隔震结构，其特征在于，所述橡胶隔震支座（5）可选用普通叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座。

5.根据权利要求书1所述的梁板分离式分层隔震结构，其特征在于，所述橡胶隔震支座（5）沿高度根据隔震目标可层层设置，也可仅设置在某些楼层，所述橡胶隔震支座（5）沿平面根据隔震目标设置在所有楼板之下，或者仅仅设置在某些楼板之下。

6.根据权利要求书1所述的梁板分离式分层隔震结构，其特征在于，所述隔震楼板（3）位于所述橡胶隔震支座（5）处增设构造梁（4）以支承隔震楼板（3）。

7.根据权利要求书1所述的梁板分离式分层隔震结构，其特征在于，所述框架和框架剪力墙的建筑材料为钢筋混凝土或钢材。

8.根据权利要求书1所述的梁板分离式分层隔震结构，其特征在于，建筑物中的填充墙应砌筑于隔震楼板（3）之上。

9.根据权利要求书1所述的梁板分离式分层隔震结构，其特征在于，橡胶隔震支座（5）的类型、型号、数量等根据隔震目标经由计算确定。