今天给大家带来一个新的专题:减隔震。我国是一个地震多发国家,2008年汶川地震以后,减隔震结构的应用呈现井喷式的发展,近年来随着国家对抗震防灾工作的重视和技术宣传普及度的提高,未来隔震建筑推广应用总体呈上升趋势是毋庸置疑的。 在抗震设防性能设计中,要做到“小震不坏、中震不修、大震不倒。” 抗震:由建筑结构直接抵抗地震作用。 减震:减震是指设置消能构件,以吸收和消耗地震能量。 隔震:设置隔震支座,以减少传到上部结构的地震作用。 抗震可以理解为,结构与地震“硬碰硬”,用大刚度来抵抗地震的破坏;减震则是结构内部的消能构件跟地震“打太极”,将地震的能量削弱消减,一般来说能够达到50%以上的效果;而隔震是给结构穿上“软银甲”,将大部分地震作用隔绝在隔震支座处,保护上部结构。 让我们先从减震结构设计入手~ 消能器(阻尼器)的几大类型: 著名的台北101,采用调谐质量阻尼器,在结构内悬挂660吨的巨大钢球,利用摆动来抵消风荷载引起的结构晃动,是目前全球最大的阻尼器。 根据规范《建筑消能减震技术规程》(JGJ297-2013) 4.1.2条:消能减震结构的地震作用效应计算,应采用下列方法: 1. 当消能减震结构主体处于弹性工作状态,且消能器处于线性工作状态时,可采用振型分解反应谱法、弹性时程分析法。 2. 当消能减震结构主体处于弹性工作状态,且消能器处于非线性工作状态时,采用附加有效阻尼比和有效刚度的振型分解反应谱法、弹性时程分析法;也可采用弹塑性时程分析法。 3. 当消能减震结构主体处于弹塑性工作状态时,应采用静力弹塑性分析方法或采用弹塑性时程分析方法。 根据主体结构的不同形式和消能器的不同种类,我们需要选择不同的分析方法。
减震结构设计流程:确定附加阻尼比——选择耗能构件规格、数量及位置——软件参数定义——非线性时程分析——计算耗能器耗能——计算总应变能及附加阻尼比——设计——大震弹塑性时程分析。下面为大家做每个步骤的详细介绍。 1、确定附加阻尼比 目前,普遍采用的方法有以下两种: a.根据结构的实际情况,布置适当的阻尼器,进而按照实际情况得到附加阻尼比。 b.预先设定阻尼目标,例如设定“小震下附加5个点”,然后再根据此要求进行阻尼器的布置,并调整阻尼器参数。 两种方法结合在一起,并综合其造价因素,整个过程类似于剪力墙的布置,最终找到性价比最高的减震体系。 2、选择耗能构件规格、数量及位置 通常来说,阻尼器尽量布置在相对变形较大的部位(如层间位移较大的层);同时消能器布置避免引起刚度突变,形成薄弱层(粘滞消能器无刚度,可以较好的避免此问题)。 3、软件参数定义 减隔震结构设计中,需要定义的软件参数较多,Gen是通过添加边界中的一般连接,实现对各个阻尼器的模拟。对于粘弹性消能器参数设置如下图所示: 线形特性值用于特征值分析、静力分析、反应谱分析、弹性时程分析等;非线性特性值用于非线性时程分析。非线性特性值设置中,用户可以选择阻尼类型,定义具体的参数。 金属屈服型阻尼器——滞后系统的原理为:金属屈服强度小于主体结构,小震下保持弹性,具有承载力,大(中)震首先屈服耗能。在Gen软件中,可用滞后系统十分方便地进行模拟。 调谐质量阻尼器在大型工程中应用比较广泛,如台北100大厦,上海金融中心,迪拜帆船酒店。其组成为:固体质量+弹簧减震器+粘滞阻尼器,原理是通过改变质量或刚度使子结构的基本频率与主结构接近,结构振动时,由于惯性而施加反方向的作用力,使原结构的振动反应明显减弱,同时,在解决楼盖舒适度问题中,也得到了广泛应用。Gen中模拟参数设置如下 |
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