第九章隔震與耗能減震房屋設(shè)計(jì)

1、第九章隔震與耗能減震房屋設(shè)計(jì)第一節(jié)概述一、抗震結(jié)構(gòu)的分類(lèi)1、抗震結(jié)構(gòu)：彈性地震反應(yīng)譜分析方法，設(shè)計(jì)思想：“小震不壞，大震不倒”延性結(jié)構(gòu)體系，利用結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的承載力和變形能力抵御地震作用，吸收地震能量，應(yīng)用日益受到限制。立足于“抗”。2、隔震結(jié)構(gòu)：在建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間設(shè)置滑移層，阻止地震能量向上傳遞。立足于“隔”。3、消能減震結(jié)構(gòu)：在結(jié)構(gòu)中的某些部位設(shè)置消能裝置，通過(guò)消能裝置耗散或吸收地震能量，從而減小主體結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。二、結(jié)構(gòu)減震控制理論傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震是通過(guò)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)本身的抗震性能（強(qiáng)度、剛度、延性）來(lái)抵御地震作用的，即由結(jié)構(gòu)本身儲(chǔ)存和消耗地震能量，這是被動(dòng)消極的抗震對(duì)策。由于人們尚不能準(zhǔn)

2、確地估計(jì)未來(lái)地震災(zāi)害作用的強(qiáng)度和特性,按傳統(tǒng)抗震方法設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)不具備自我調(diào)節(jié)的能力。合理有效的抗震途徑是對(duì)結(jié)構(gòu)施加控制裝置（系統(tǒng)），由控制裝置與結(jié)構(gòu)共同承受地震作用，即共同儲(chǔ)存和耗散地震能量，以調(diào)諧和減輕結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。這種結(jié)構(gòu)抗震途徑稱(chēng)為結(jié)構(gòu)減震控制。這是積極主動(dòng)的抗震對(duì)策，是抗震對(duì)策的重大突破和發(fā)展。結(jié)構(gòu)控制主要研究結(jié)構(gòu)工程中控制裝置的設(shè)計(jì)理論、方法及其實(shí)施。而控制結(jié)構(gòu)是根據(jù)給定的控制條件將結(jié)構(gòu)和控制裝置作為一個(gè)整體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)減震控制根據(jù)是否需要外部能源輸入可分為被動(dòng)控制、主動(dòng)控制、半主動(dòng)控制和混合控制（圖）。 （圖）結(jié)構(gòu)控制可分四類(lèi)（1）被動(dòng)控制：不需要外部能源輸入提供控制力，控

3、制過(guò)程不依賴(lài)于結(jié)構(gòu)反應(yīng)和外界干擾信息的控制方法。如上部減震：如調(diào)頻質(zhì)量阻尼器、耗能裝置等；基礎(chǔ)減震：即基礎(chǔ)隔震。（2）主動(dòng)控制：需要外部能源輸入提供控制力,控制過(guò)程依賴(lài)于結(jié)構(gòu)反應(yīng)信息或外界干擾信息的控制方法。主動(dòng)控制系統(tǒng)由傳感器、運(yùn)算器和施力作動(dòng)器3部分組成.主動(dòng)控制是將現(xiàn)代控制理論和自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)抗震的高新技術(shù)。（3）半主動(dòng)控制：不需要外部能源輸入直接提供控制力，控制過(guò)程依賴(lài)于結(jié)構(gòu)反應(yīng)信息或外界干擾信息的控制方法。（4）混合控制：不同控制方式相結(jié)合的控制方法。結(jié)構(gòu)控制理論正處于初期發(fā)展和初步應(yīng)用階段。結(jié)構(gòu)減震控制的研究與應(yīng)用已有近30年的歷史。目前，世界上許多國(guó)家開(kāi)展了結(jié)構(gòu)減震技術(shù)與

4、理論的研究，并致力于該技術(shù)的推廣應(yīng)用。一些國(guó)家，如美國(guó)、日本、新西蘭、加拿大等已制定了隔震或耗能減震設(shè)計(jì)的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)已在建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011）中納入了隔震與消耗減震的內(nèi)容,并制定了建筑隔震橡膠支座標(biāo)準(zhǔn)、夾層橡膠墊隔震技術(shù)規(guī)程。第二節(jié)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、 結(jié)構(gòu)隔震的原理與隔震結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（一）結(jié)構(gòu)隔震的概念與原理1、房屋基礎(chǔ)隔震的概念：在建筑物基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震裝置（或系統(tǒng)）形成隔震層，把房屋結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)隔離開(kāi)來(lái)，利用隔震裝置來(lái)隔離或耗散地震能量以避免或減少地震能量向上部結(jié)構(gòu)傳輸，以減少建筑物的地震反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)地震時(shí)建筑物只發(fā)生輕微運(yùn)動(dòng)和變形，從而使建筑物在地震作用下不損壞或倒塌

5、的抗震方法。2、基礎(chǔ)隔震的原理：通過(guò)設(shè)置隔震裝置系統(tǒng)形成隔震層,延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的周期，適當(dāng)增加結(jié)構(gòu)的阻尼,使結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)大大減少,同時(shí)使結(jié)構(gòu)的位移集中于隔震層,上部結(jié)構(gòu)像剛體一樣,自身相對(duì)位移很小，結(jié)構(gòu)基本上處于彈性工作狀態(tài)，從而建筑物不產(chǎn)生破壞或倒塌。3、隔震結(jié)構(gòu)的組成及特性：隔震系統(tǒng)一般由隔震器、阻尼器等所構(gòu)成，它具有豎向剛度大、水平剛度小，能提供較大阻尼的特點(diǎn)?；A(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的模型圖（a）隔震結(jié)構(gòu)；（b）計(jì)算模型為達(dá)到明顯減震效果，通?；A(chǔ)隔震系統(tǒng)需具備以下四種特性：（1）承載特性：具有足夠的豎向強(qiáng)度和剛度以支撐上部結(jié)構(gòu)的重量；（2）隔震特性：具有足夠的水平初始剛度，在風(fēng)載和小震作用下，體系

6、能保持在彈性范圍內(nèi)，滿(mǎn)足正常使用的要求，而中強(qiáng)地震時(shí)，其水平剛度較小，結(jié)構(gòu)為柔性隔震結(jié)構(gòu)體系；（3）復(fù)位特性：地震后，上部結(jié)構(gòu)能回復(fù)到初始狀態(tài)，滿(mǎn)足正常的使用要求；（4）耗能特性：隔震系統(tǒng)本身具有較大的阻尼，地震時(shí)能耗散足夠的能量，從而降低上部結(jié)構(gòu)所吸收的地震能量。（二）隔震結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)隔震結(jié)構(gòu)通過(guò)隔震層的集中大變形和所提供的阻尼將地震能量隔離或耗散，地震能量不能向上部結(jié)構(gòu)全部傳輸，因而，上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)大大減小，振動(dòng)減輕，結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生破壞，人員安全和財(cái)產(chǎn)安全均可以得到保證。傳統(tǒng)抗震房屋與隔震房屋在地震中的情況對(duì)比（a）傳統(tǒng)抗震房屋、強(qiáng)烈晃動(dòng)；（b）隔震房屋、輕微晃動(dòng)為傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)與隔震結(jié)構(gòu)在地

7、震時(shí)的反應(yīng)對(duì)比。與傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)相比，隔震結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：提高了地震時(shí)結(jié)構(gòu)的安全性；上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加靈活，抗震措施簡(jiǎn)單明了；防止內(nèi)部物品的振動(dòng)、移動(dòng)、翻倒，減少了次生災(zāi)害；防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞；抑制了振動(dòng)時(shí)的不舒適感，提高了安全感和居住性；可以保持機(jī)械、儀表、器具的功能；震后無(wú)需修復(fù)，具有明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益；經(jīng)合理設(shè)計(jì)，可以降低工程造價(jià)。（三）隔震結(jié)構(gòu)適用范圍隔震結(jié)構(gòu)體系可以用于下列類(lèi)型的建筑物：醫(yī)院、銀行、保險(xiǎn)、通訊、消防、電力等重要建筑；首腦機(jī)關(guān)、指揮中心以及放置貴重設(shè)備、物品的房屋；圖書(shū)館和紀(jì)念性建筑；一般工業(yè)與民用建筑。二、隔震系統(tǒng)的組成與類(lèi)型（一）隔震系統(tǒng)的組成隔震系統(tǒng)一般由隔震器

8、、阻尼器、地基微震動(dòng)與風(fēng)反應(yīng)控制裝置等部分組成。在實(shí)際應(yīng)用中，通?？墒箮追N功能由同一元件完成，以方便使用。1、隔震器的主要作用：1）在豎向支撐建筑物的重量；2）在水平方向具有彈性，能提供一定的水平剛度，延長(zhǎng)建筑物的基本周期，以避開(kāi)地震動(dòng)的卓越周期，降低建筑物的地震反應(yīng)，能提供較大的變形能力和自復(fù)位能力。阻尼器的主要作用是吸收或耗散地震能量，抑制結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的位移反應(yīng)，同時(shí)在地震終了時(shí)幫助隔震器迅速?gòu)?fù)位。地基微震動(dòng)與風(fēng)反應(yīng)控制裝置的主要作用是增加隔震系統(tǒng)的初期剛度，使建筑物在風(fēng)荷載或輕微地震作用下保持穩(wěn)定。2、常用的隔震器：疊層橡膠支座、螺旋彈簧支座、摩擦滑移支座等。目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的是疊層橡

9、膠支座，它又可分為普通橡膠支座、鉛芯橡膠支座、高阻尼橡膠支座等。常用的阻尼器：彈塑性阻尼器、粘彈性阻尼器、粘滯阻尼器、摩擦阻尼器等。常用的隔震系統(tǒng)：疊層橡膠支座隔震系統(tǒng)、摩擦滑移加阻尼器隔震系統(tǒng)、摩擦滑移擺隔震系統(tǒng)等。目前，隔震系統(tǒng)形式多樣，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，并且都在不斷發(fā)展。我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和夾層橡膠墊隔震技術(shù)規(guī)程僅針對(duì)橡膠隔震支座給出了有關(guān)的設(shè)計(jì)要求。（二）疊層橡膠支座的構(gòu)造與性能疊層橡膠支座是由薄橡膠板和薄鋼板分層交替疊合，經(jīng)高溫高壓硫化粘結(jié)而成（圖）。由于在橡膠層中加入若干塊薄鋼板，并且橡膠層與鋼板緊密粘結(jié)，當(dāng)橡膠支座承受豎向荷載時(shí)，橡膠層的橫向變形受到上下鋼板的約束，使橡膠支座具有很

10、大的豎向承載力和剛度。當(dāng)橡膠支座承受水平荷載時(shí)，橡膠層的相對(duì)位移大大減小，使橡膠支座可達(dá)到很大的整體側(cè)移而不致失穩(wěn)，并且保持較小的水平剛度(約為豎向剛度的150011000)。并且，由于橡膠層與中間鋼板緊密粘結(jié)，橡膠層在豎向地震作用下還能承受一定拉力。因此，疊層橡膠支座是一種豎向剛度大，豎向承載力高，水平剛度較小、水平變形能力大的隔震裝置。 （圖）疊層橡膠支座根據(jù)使用的橡膠材料和是否加有鉛芯可分為普通疊層橡膠支座、高阻尼疊層橡膠支座、鉛芯疊層橡膠支座。普通疊層橡膠支座普通疊層橡膠支座是采用拉伸較強(qiáng)、徐變較小、溫度變化對(duì)性能影響不大的天然橡膠制作而成。這種支座具有高彈性、低阻尼的特點(diǎn)。為取得所需

11、的隔震層的滯回性能，普通疊層橡膠支座必須和阻尼器配合使用。高阻尼疊層橡膠支座高阻尼疊層橡膠支座是采用特殊配制的具有高阻尼的橡膠材料制作而成，其形狀與普通疊層橡膠支座相同。下圖為普通疊層橡膠支座和高阻尼疊層橡膠支座的滯回曲線。可以看出，高阻尼疊層橡膠支座的性能比普通疊層橡膠支座有所提高。普通疊層橡膠支座的滯回曲線高阻尼疊層橡膠支座的滯回曲線鉛芯疊層橡膠支座鉛芯疊層橡膠支座是在疊層橡膠支座中部圓形孔中壓入鉛而成，其構(gòu)造和滯回曲線如下圖所示。由于鉛具有較低的屈服點(diǎn)和較高的塑性變形能力，可使鉛芯疊層橡膠支座的阻尼比達(dá)到2030。鉛芯具有提高支座的吸能能力，確保支座有適度的阻尼，同時(shí)又具有增加支座的初始

12、剛度，控制風(fēng)反應(yīng)和抵抗微震的作用。鉛芯橡膠支座既具有隔震作用，又具有阻尼作用，因此可單獨(dú)使用，無(wú)需另設(shè)阻尼器，使隔震系統(tǒng)的組成變得比較簡(jiǎn)單，可以節(jié)省空間，在施工上也較為有利。鉛芯疊層橡膠支座的構(gòu)造圖鉛芯疊層橡膠支座的滯回曲線我國(guó)目前使用最普遍的是鉛芯疊層橡膠支座，普通疊層橡膠支座亦有少量應(yīng)用，高阻尼疊層橡膠支座目前我國(guó)尚無(wú)使用。三、隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求（一）隔震結(jié)構(gòu)方案的選擇隔震主要用于高烈度地區(qū)或使用功能有特別要求的建筑以及符合以下各項(xiàng)要求的建筑：不隔震時(shí)，結(jié)構(gòu)基本周期小于10s的多層砌體房屋、鋼筋混凝土框架房屋等。體型基本規(guī)則，且抗震計(jì)算可采用底部剪力法的房屋。建筑場(chǎng)地宜為、類(lèi)，并應(yīng)選用穩(wěn)定

13、性較好的基礎(chǔ)類(lèi)型。風(fēng)荷載和其他地震作用的水平荷載不宜超過(guò)結(jié)構(gòu)的總重力的10。隔震建筑方案的采用，應(yīng)根據(jù)建筑抗震設(shè)防類(lèi)別、設(shè)防烈度、場(chǎng)地條件、建筑結(jié)構(gòu)方案和建筑使用要求，進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性綜合比較分析后確定。（二）隔震層的設(shè)置隔震層宜設(shè)置在結(jié)構(gòu)第一層以下的部位。當(dāng)隔震層位于第一層及以上時(shí)，結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)與普通隔震結(jié)構(gòu)可能有較大差異，隔震層以下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算也更復(fù)雜，需作專(zhuān)門(mén)研究。隔震層的布置應(yīng)符合下列的要求：隔震層可由隔震支座、阻尼裝置和抗風(fēng)裝置組成。阻尼裝置和抗風(fēng)裝置可與隔震支座合為一體，亦可單獨(dú)設(shè)置。必要時(shí)可設(shè)置限位裝置。隔震層剛度中心宜與上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心重合。隔震支座的平面布置宜與上部

14、結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的豎向受力構(gòu)件的平面位置相對(duì)應(yīng)。同一房屋選用多種規(guī)格的隔震支座時(shí)，應(yīng)注意充分發(fā)揮每個(gè)橡膠支座的承載力和水平變形能力。同一支承處選用多個(gè)隔震支座時(shí)，隔震支座之間的凈距應(yīng)大于安裝操作所需要的空間要求。設(shè)置在隔震層的抗風(fēng)裝置宜對(duì)稱(chēng)，分散地布置在建筑物的周邊或周邊附近。（三）上部結(jié)構(gòu)的地震作用和抗震措施目前的疊層橡膠隔震支座只具有隔離或耗散水平地震的功能，對(duì)豎向地震隔震效果不明顯，為了反應(yīng)隔震建筑隔震層以上結(jié)構(gòu)水平地震反應(yīng)減小這一情況，引入“水平向減震系數(shù)”。地震作用計(jì)算時(shí)，應(yīng)對(duì)水平地震影響系數(shù)最大值進(jìn)行折減，即乘以水平向減震系數(shù)，但豎向地震影響系數(shù)最大值不應(yīng)折減。確定抗震措施時(shí)，丙類(lèi)建

15、筑可根據(jù)水平向減震系數(shù)相應(yīng)降低有關(guān)章節(jié)對(duì)設(shè)防烈度的部分要求，并應(yīng)計(jì)及豎向地震作用不減少，保留設(shè)防烈度的部分要求。當(dāng)水平向減震系數(shù)不大于05時(shí)，丙類(lèi)建筑的多層砌體房屋的層數(shù)、總高度和高寬比限值，可按第六章中的降低一度的有關(guān)規(guī)定采用。四、隔震結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算（一）橡膠隔震支座的豎向承載力橡膠支座的壓應(yīng)力既是確保橡膠隔震支座在無(wú)地震時(shí)正常使用的重要指標(biāo)，也是直接影響橡膠隔震支座在地震作用時(shí)其他各種力學(xué)性能的重要指標(biāo)。它是設(shè)計(jì)或選用隔震支座的關(guān)鍵因素之一。在永久荷載和可變荷載作用下組合的豎向平均壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值，不應(yīng)超過(guò)下表的規(guī)定，在罕遇地震作用下，不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力。橡膠隔震支座平均壓應(yīng)力限值表建筑類(lèi)別甲類(lèi)建

16、筑乙類(lèi)建筑丙類(lèi)建筑平均壓應(yīng)力（MPa）101215注：1、對(duì)需驗(yàn)算傾覆的結(jié)構(gòu)，平均壓應(yīng)力應(yīng)包括水平地震作用效應(yīng)；2、對(duì)需進(jìn)行豎向地震作用計(jì)算的結(jié)構(gòu)，平均壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值應(yīng)包括豎向地震作用效應(yīng)；3、當(dāng)橡膠支座的有效直徑與各橡膠層總厚度之比t稱(chēng)第二形狀系數(shù)小于50時(shí)，應(yīng)降低平均壓應(yīng)力限值；小于5不小于4時(shí)降低20，小于4不小于3時(shí)降低40；直徑小于300mm的支座，其平均壓應(yīng)力限值對(duì)丙類(lèi)建筑為12MPa。規(guī)定隔震支座中不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力，主要是考慮以下因素：橡膠受拉后內(nèi)部出現(xiàn)損傷，降低了支座的彈性性能；隔震支座出現(xiàn)拉應(yīng)力，意味著上部結(jié)構(gòu)存在傾覆危險(xiǎn)；橡膠隔震支座在拉伸應(yīng)力下滯回特性實(shí)物實(shí)驗(yàn)尚不充分。（二）

17、隔震結(jié)構(gòu)的地震作用與地震反應(yīng)計(jì)算隔震體系的計(jì)算，一般情況下宜采用時(shí)程分析法。對(duì)多層砌體結(jié)構(gòu)及與其周期相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)可采用底部剪力法進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。采用時(shí)程分析法計(jì)算隔震與非隔震結(jié)構(gòu)時(shí)，計(jì)算簡(jiǎn)圖可采用剪切型模型，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜時(shí)，應(yīng)計(jì)入扭轉(zhuǎn)變形的影響。輸入地震波的反應(yīng)譜特性和數(shù)量，應(yīng)符合規(guī)范的有關(guān)要求。計(jì)算結(jié)果宜取平均值；當(dāng)處于發(fā)震斷層10km以?xún)?nèi)時(shí)，若輸入地震波未計(jì)及近場(chǎng)影響，對(duì)甲、乙類(lèi)建筑，計(jì)算結(jié)果尚應(yīng)乘以下列近場(chǎng)影響系數(shù)：5km以?xún)?nèi)取15，5km以外取125。采用底部剪力法時(shí)，隔震層以上結(jié)構(gòu)的水平地震作用，沿高度可采用矩形分布；水平地震影響系數(shù)最大值取，其中為水平向減震系數(shù)，應(yīng)按下列規(guī)定采用

18、：一般情況下，水平向減震系數(shù)應(yīng)通過(guò)結(jié)構(gòu)隔震與非隔震兩種情況下各層最大層間剪力的分析對(duì)比確定，見(jiàn)下表。層間剪力的對(duì)比分析，宜采用多遇地震作用下的時(shí)程分析。層間剪力最大比值與水平向減震系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系表層間剪力最大比值053035026018水平向減震系數(shù)075050038025砌體結(jié)構(gòu)的水平向減震系數(shù)，宜根據(jù)隔震后整個(gè)體系的基本周期，按下式確定：式中 水平向減震系數(shù)；地震影響系數(shù)的阻尼調(diào)整系數(shù)，按第3章確定；地震影響系數(shù)的曲線下降段衰減指數(shù)，按第3章確定；Tm砌體結(jié)構(gòu)采用隔震方案時(shí)的設(shè)計(jì)特征周期，當(dāng)小于04s時(shí)應(yīng)按04s采用；T1隔震后體系的基本周期，不應(yīng)大于20s和5倍特征周期值的較大值。與砌體

19、結(jié)構(gòu)周期相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，其水平向減震系數(shù)宜根據(jù)隔震后整個(gè)體系的基本周期，按下式確定：式中 T0非隔震結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期，當(dāng)小于特征周期時(shí)應(yīng)采用特征周期的較大值；T1隔震后體系的基本周期，不應(yīng)大于5倍特征周期值；Tg特征周期。水平向減震系數(shù)不宜低于025，且隔震后結(jié)構(gòu)的總水平地震作用不得低于非隔震結(jié)構(gòu)在6度設(shè)防時(shí)的總水平地震作用。砌體結(jié)構(gòu)及與其基本周期相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，隔震后的基本周期T1可按下式計(jì)算：式中 G隔震層以上結(jié)構(gòu)的重力荷載代表值；Kh隔震層的水平動(dòng)剛度；g重力加速度。隔震層的水平動(dòng)剛度Kh和大小等效粘滯阻尼比eq可按下式確定：式中 Kj、j，第j隔震支座的水平動(dòng)剛度和等效粘滯阻尼比。驗(yàn)算多遇地震時(shí)

20、，Kj，、j宜采用隔震支座剪切變形為50時(shí)的水平動(dòng)剛度和等效粘滯阻尼比；驗(yàn)算罕遇地震時(shí)，對(duì)直徑小于600mm的隔震支座，Kj、j宜采用隔震支座剪切變形不小于250時(shí)的水平動(dòng)剛度和等效粘滯阻尼比；對(duì)直徑不小于600mm的隔震支座，Kj，、j宜采用隔震支座剪切變形為100時(shí)的水平動(dòng)剛度和等效粘滯阻尼比。由試驗(yàn)確定上述參數(shù)時(shí)，豎向荷載保持（表）中的值，水平加載頻率在上述三種情況時(shí)分別采用03Hz、01Hz和02Hz。 （表）（三）隔震支座在罕遇地震作用下的水平位移驗(yàn)算隔震支座在罕遇地震作用下的水平位移應(yīng)按式下進(jìn)行驗(yàn)算：式中 ui罕遇地震作用下，第i個(gè)隔震支座考慮扭轉(zhuǎn)的水平位移；ui第i個(gè)隔震支座的水

21、平位移限值；對(duì)橡膠隔震支座，不宜超過(guò)該支座橡膠直徑的0.55倍和支座橡膠總厚度3.0倍二者的較小值；uc罕遇地震下隔震層質(zhì)心處或不考慮扭轉(zhuǎn)的水平位移；i隔震層扭轉(zhuǎn)影響系數(shù)。罕遇地震下的水平位移宜采用時(shí)程分析法計(jì)算，對(duì)砌體結(jié)構(gòu)及與其基本周期相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，隔震層質(zhì)心處在罕遇地震下的水平位移可按下式計(jì)算：式中 s近場(chǎng)系數(shù)，甲、乙類(lèi)建筑距發(fā)震斷層5km以?xún)?nèi)取15；510km取125；10km以遠(yuǎn)取10；丙類(lèi)建筑可取10；1（eq）罕遇地震下的地震影響系數(shù)值，可根據(jù)隔震層參數(shù)，按第32節(jié)的有關(guān)規(guī)定計(jì)算；Kh罕遇地震下隔震層的水平動(dòng)剛度。隔震層扭轉(zhuǎn)影響系數(shù)，應(yīng)取考慮扭轉(zhuǎn)和不考慮扭轉(zhuǎn)時(shí)第i支座計(jì)算位移的比值。

22、當(dāng)隔震支座的平面布置為矩形或接近矩形時(shí)，可按下列方法確定：當(dāng)隔震層以上結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與隔震層剛度中心在兩個(gè)主軸方向均無(wú)偏心時(shí)，邊支座的扭轉(zhuǎn)影響系數(shù)不宜小于115；僅考慮單向地震作用的扭轉(zhuǎn)時(shí)，扭轉(zhuǎn)影響系數(shù)可按下列公式估計(jì)：式中 e上部結(jié)構(gòu)質(zhì)心與隔震層剛度中心在垂直于地震作用方向的偏心距，如圖910所示；si第i個(gè)隔震支座與隔震層剛度中心在垂直于地震作用方向的距離；a、b隔震層平面的兩個(gè)邊長(zhǎng)。圖910偏心距e對(duì)邊支座，其扭轉(zhuǎn)影響系數(shù)不宜小于115；當(dāng)隔震層和上部結(jié)構(gòu)采取有效的抗扭措施后或扭轉(zhuǎn)周期小于平動(dòng)周期的70，扭轉(zhuǎn)影響系數(shù)可取115。同時(shí)考慮雙向地震作用的扭轉(zhuǎn)時(shí)，扭轉(zhuǎn)影響系數(shù)可仍按計(jì)算；但式中的偏

23、心距e應(yīng)采用下列兩公式中的較大值代替：式中 exy方向地震作用時(shí)的偏心距；eyx方向地震作用時(shí)的偏心距。對(duì)邊支座，其扭轉(zhuǎn)影響系數(shù)不宜小于12。（四）隔震支座的水平剪力隔震支座的水平剪力應(yīng)根據(jù)隔震層在罕遇地震作用下的水平剪力按各隔震支座的水平剛度分配；當(dāng)考慮扭轉(zhuǎn)時(shí)，尚應(yīng)計(jì)及隔震支座的扭轉(zhuǎn)剛度。隔震層在罕遇地震下的水平剪力Vc宜采用時(shí)程分析法計(jì)算，對(duì)砌體結(jié)構(gòu)及與其基本周期相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，可按下式計(jì)算：（五）上部結(jié)構(gòu)的計(jì)算由于隔震層對(duì)豎向隔震效果不明顯，故當(dāng)設(shè)防烈度為9度時(shí)和8度且水平向減震系數(shù)為025時(shí)，隔震層以上的結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行豎向地震作用的計(jì)算；當(dāng)設(shè)防烈度為8度且水平向減震系數(shù)不大于05時(shí)，亦宜進(jìn)行此

24、項(xiàng)計(jì)算。對(duì)砌體結(jié)構(gòu)，當(dāng)墻體截面抗震驗(yàn)算時(shí)，其砌體抗震抗剪強(qiáng)度的正應(yīng)力影響系數(shù)，宜按減去豎向地震作用效應(yīng)后的平均壓應(yīng)力取值。上部結(jié)構(gòu)為框架等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，隔震層頂部的縱、橫梁和樓板體系應(yīng)作為上部結(jié)構(gòu)的一部分按設(shè)防烈度進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)。上部結(jié)構(gòu)為砌體結(jié)構(gòu)時(shí)，隔震層頂部各縱、橫梁均可按受均布荷載的單跨簡(jiǎn)支梁或多跨連續(xù)梁計(jì)算。均布荷載可按第6章關(guān)于底部框架磚房的鋼筋混凝土托墻梁的規(guī)定取值；當(dāng)按連續(xù)梁算出的正彎矩小于單跨簡(jiǎn)支梁跨中彎矩的08倍時(shí)，應(yīng)按08倍單跨簡(jiǎn)支梁跨中彎矩配筋。（六）隔震層以下的結(jié)構(gòu)計(jì)算隔震層以下結(jié)構(gòu)（包括地下室）的地震作用和抗震驗(yàn)算，應(yīng)采用罕遇地震下隔震支座底部的豎向力、水平力和力

25、矩進(jìn)行計(jì)算。隔震建筑基礎(chǔ)的驗(yàn)算，應(yīng)符合第22節(jié)的有關(guān)規(guī)定?；A(chǔ)抗震驗(yàn)算和地基處理仍應(yīng)按原設(shè)防烈度進(jìn)行。甲、乙類(lèi)建筑的抗液化措施可按提高一個(gè)液化等級(jí)確定，直至全部消除液化沉陷。五、隔震結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施（一）隔震層的構(gòu)造要求隔震層應(yīng)由隔震支座、阻尼器和為地基微震動(dòng)與風(fēng)荷載提供初剛度的部件組成，阻尼器可與隔震支座為一體，亦可單獨(dú)設(shè)計(jì)。必要時(shí)，宜設(shè)置防風(fēng)鎖定裝置。隔震支座和阻尼器的連接構(gòu)造，應(yīng)符合下列要求：多層砌體房屋的隔震層位于地下室頂部時(shí)，隔震支座不宜直接放置在砌體墻上，并應(yīng)驗(yàn)算砌體的局部承壓；隔震支座和阻尼器應(yīng)安裝在便于維護(hù)人員接近的部位；隔震支座與上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的連接件，應(yīng)能傳遞支座的最

26、大水平剪力；外露的預(yù)埋件應(yīng)有可靠的防銹措施。預(yù)埋件的錨固鋼筋應(yīng)與鋼板牢固連接；錨固鋼筋的錨固長(zhǎng)度應(yīng)大于20倍錨固鋼筋直徑，且不應(yīng)小于250mm。隔震支座連接定位時(shí)，支座底部的中心，標(biāo)高偏差不大于5mm，平面位置的偏差不大于3mm。單個(gè)支座的傾斜度不大于1300。隔震建筑應(yīng)采取不阻礙隔震層在罕遇地震發(fā)生大變形的措施。上部結(jié)構(gòu)的周邊應(yīng)設(shè)置防震縫，縫寬不宜小于各隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移值的12倍。上部結(jié)構(gòu)（包括與其相連的任何構(gòu)件）與地面（包括地下室和與其相連的構(gòu)件）之間，宜設(shè)置明確的水平隔離縫；當(dāng)設(shè)置水平隔離縫確有困難時(shí)，應(yīng)設(shè)置可靠的水平滑移墊層。在走廊、樓梯、電梯等部位，應(yīng)無(wú)任何障礙物。

27、穿過(guò)隔震層的設(shè)備管、配線應(yīng)采用柔性連接等以適應(yīng)隔震層在罕遇地震下水平位移的措施；采用鋼筋或剛架接地的避雷設(shè)備，應(yīng)設(shè)置跨越隔震層的接地配線。（二）隔震層頂部梁板體系的構(gòu)造要求為了保證隔震層能夠整體協(xié)調(diào)工作，隔震層頂部應(yīng)設(shè)置平面內(nèi)剛度足夠大的梁板體系。當(dāng)采用裝配整體式鋼筋混凝土板時(shí)，為使縱橫梁體系能夠傳遞豎向荷載并協(xié)調(diào)橫向剪力在每個(gè)隔震支座的分配，支座上方的縱、橫梁應(yīng)采用現(xiàn)澆，同時(shí)為增大梁板的平面內(nèi)剛度，需加大梁的截面尺寸和配筋，上部結(jié)構(gòu)為砌體時(shí)，其構(gòu)造應(yīng)符合第6章有關(guān)底部框架磚房的鋼筋混凝土托梁的要求；上部結(jié)構(gòu)為框架等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)其構(gòu)造宜符合第5章關(guān)于框支層的有關(guān)要求?，F(xiàn)澆面積厚度不應(yīng)小于5

28、0mm，且應(yīng)雙向配置直徑68mm、間距150250mm的鋼筋網(wǎng)。隔震支座附近的梁柱受力狀態(tài)復(fù)雜，地震時(shí)還會(huì)受沖切，因此，應(yīng)考慮沖切和局部承壓，加密箍筋并根據(jù)需要配置網(wǎng)狀鋼筋。（三）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求隔震后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)，當(dāng)水平向減震系數(shù)為075時(shí)，仍按第5章的相應(yīng)規(guī)定劃分，水平向減震系數(shù)不大于0.5時(shí)，抗震等級(jí)宜按下表劃分，各抗震等級(jí)的計(jì)算和構(gòu)造措施要求仍按第5章的有關(guān)規(guī)定采用。><隔需后現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)結(jié)構(gòu)類(lèi)型烈度7度8度9度框架高度（m）一般框架<204>203<203>202<152>151抗震墻高度（m）一般抗

29、震墻>254253<253>252<202>201（四）砌體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求（見(jiàn)規(guī)范要要求）第三節(jié)耗能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、結(jié)構(gòu)耗能減震原理與耗能減震結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)耗能減震技術(shù)是在結(jié)構(gòu)物某些部位（如支撐、剪力墻、節(jié)點(diǎn)、連接縫或連接件、樓層空間、相鄰建筑間、主附結(jié)構(gòu)間等）設(shè)置耗能（阻尼）裝置（或元件），通過(guò)耗能（阻尼）裝置產(chǎn)生摩擦，彎曲（或剪切、扭轉(zhuǎn)）彈塑（或粘彈）性滯回變形耗能來(lái)耗散或吸收地震輸入結(jié)構(gòu)中的能量，以減小主體結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，從而避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞或倒塌，達(dá)到減震控震的目的。裝有耗能（阻尼）裝置的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為耗能減震結(jié)構(gòu)。耗能減震的原理可以從能量的角度來(lái)描述，如下圖結(jié)構(gòu)在

30、地震中任意時(shí)刻的能量方程為耗能減震結(jié)構(gòu)：式中地震過(guò)程中輸入結(jié)構(gòu)體系的能量；結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)能；結(jié)構(gòu)體系的粘滯阻尼耗能；結(jié)構(gòu)體系的彈性應(yīng)變能； 結(jié)構(gòu)體系的滯回耗能；耗能（阻尼）裝置或耗能元件耗散或吸收的能量。結(jié)構(gòu)能量轉(zhuǎn)換比（a）地震輸入；（b）傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)；（c）消能減震結(jié)構(gòu)在上述能量方程中，由于（或）和（或）僅僅是能量轉(zhuǎn)換，不能耗能，和只占總能量的很小部分（約5左右），可以忽略不計(jì)。在傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)中，主要依靠消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震能量，但因結(jié)構(gòu)構(gòu)件在利用其自身彈塑性變形消耗地震能量的同時(shí)，構(gòu)件本身將遭到損傷甚至破壞，某一結(jié)構(gòu)構(gòu)件耗能越多，則其破壞越嚴(yán)重。在耗能減震結(jié)構(gòu)體系中，耗能（阻尼）裝置或元件在

31、主體結(jié)構(gòu)進(jìn)入非彈性狀態(tài)前率先進(jìn)入耗能工作狀態(tài)，充分發(fā)揮耗能作用，耗散大量輸入結(jié)構(gòu)體系的地震能量，則結(jié)構(gòu)本身需消耗的能量很少，這意味著結(jié)構(gòu)反應(yīng)將大大減小，從而有效地保護(hù)了主體結(jié)構(gòu)，使其不再受到損傷或破壞。一般來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)的損傷程度與結(jié)構(gòu)的最大變形和滯回耗能（或累積塑性變形）成正比，可以表達(dá)為：在耗能減震結(jié)構(gòu)中，由于最大變形和構(gòu)件的滯回耗能較之傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)的最大變形和滯回耗能大大減少，因此結(jié)構(gòu)的損傷大大減少。耗能減震結(jié)構(gòu)具有減震機(jī)理明確，減震效果顯著，安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)先進(jìn)，適用范圍廣等特點(diǎn)。目前，已被成功用于工程結(jié)構(gòu)的減震控制中。二、耗能減震裝置的類(lèi)型與性能（一）耗能減震裝置的類(lèi)型與性能耗能

32、減震裝置的種類(lèi)很多，根據(jù)耗能機(jī)制的不同可分為摩擦耗能器、鋼彈塑性耗能器、鉛擠壓阻尼器、粘彈性阻尼器和粘滯阻尼器等；根據(jù)耗能器耗能的依賴(lài)性可分為速度相關(guān)型（如粘彈性阻尼器和粘滯阻尼器）和位移相關(guān)型（如摩擦耗能器、鋼彈塑性耗能器和鉛擠壓阻尼器）等。（1）摩擦耗能器摩擦耗能器是根據(jù)摩擦做功而耗散能量的原理設(shè)計(jì)的。目前已有多種不同構(gòu)造的摩擦耗能器，如Pall型摩擦耗能器、摩擦筒制震器、限位摩擦耗能器、摩擦滑動(dòng)螺栓節(jié)點(diǎn)及摩擦剪切鉸耗能器等。Pall等設(shè)計(jì)的摩擦耗能裝置（圖）是一可滑動(dòng)而改變形狀的機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)帶有摩擦制動(dòng)板，機(jī)構(gòu)的滑移受板問(wèn)摩擦力控制，而摩擦力取決于板間的擠壓力，可以通過(guò)松緊節(jié)點(diǎn)板的高強(qiáng)螺栓

33、來(lái)調(diào)節(jié)。該裝置按正常使用荷載及小震作用下不發(fā)生滑動(dòng)設(shè)計(jì)，而在強(qiáng)烈地震作用下，其主要構(gòu)件尚未發(fā)生屈服，裝置即產(chǎn)生滑移以摩擦功耗散地震能量，并改變了結(jié)構(gòu)的自振頻率，從而使結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震中改變動(dòng)力特性，達(dá)到減震目的。 （圖）摩擦耗能器都具有很好的滯回特性，滯回環(huán)呈矩形，耗能能力強(qiáng)工作性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。摩擦耗能器一般安裝在支撐上形成摩擦耗能支撐。（2）鋼彈塑性耗能器軟鋼具有較好的屈服后性能，利用其進(jìn)入彈塑性范圍后的良好滯回特性，目前已研究開(kāi)發(fā)了多種耗能裝置，如加勁阻尼（ADAS）裝置、錐形鋼耗能器、圓環(huán)（或方框）鋼耗能器、雙環(huán)鋼耗能器、加勁圓環(huán)耗能器、低屈服點(diǎn)鋼耗能器等。這類(lèi)耗能器具有滯回性能穩(wěn)定，耗能能力

34、大，長(zhǎng)期可靠并不受環(huán)境與溫度影響的特點(diǎn)。加勁阻尼裝置是由數(shù)塊相互平行的X形或三角形鋼板通過(guò)定位件組裝而成的耗能減震裝置（圖）,它一般安裝在人字形支撐頂部和框架梁之間，在地震作用下，框架層間相對(duì)變形引起裝置頂部相對(duì)于底部的水平運(yùn)動(dòng)，使鋼板產(chǎn)生彎曲屈服，利用彈塑性滯回變形耗散地震能量。（圖）（3）鉛耗能器（圖）（圖）鉛是一種結(jié)晶金屬，具有密度大、熔點(diǎn)低、塑性好、強(qiáng)度低等特點(diǎn)。發(fā)生塑性變形時(shí)品格被拉長(zhǎng)或錯(cuò)動(dòng)，一部分能量將轉(zhuǎn)換成熱量，另一部分能量為促使再結(jié)晶而消耗，使鉛的組織和性能回復(fù)至變形前的狀態(tài)。鉛的動(dòng)態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶過(guò)程在常溫下進(jìn)行，耗時(shí)短且無(wú)疲勞現(xiàn)象，因此具有穩(wěn)定的耗能能力。利用鉛擠壓產(chǎn)生塑性變

35、形耗散能量的原理制成的阻尼器，當(dāng)中心軸相對(duì)鋼管運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉛被擠壓通過(guò)中心軸與管壁問(wèn)形成的擠壓口而產(chǎn)生塑性擠壓變形耗散能量。鉛擠壓耗能器具有“庫(kù)侖摩擦”的特點(diǎn)，其滯回曲線基本呈矩形，在地震作用下，擠壓力和耗能能力基本上與速度無(wú)關(guān)。此外，還有利用鉛產(chǎn)生剪切或彎剪塑性滯回變形耗能原理制成的鉛剪切耗能器，U形鋁耗能器等。（4）粘彈性阻尼器（圖）（圖）典型的粘彈性阻尼器由兩個(gè)T形約束鋼板夾一塊矩形鋼板所組成，T形約束鋼板與中間鋼板之間夾有一層粘彈性材料，在反復(fù)軸向力作用下，約束T形鋼板與中間鋼板產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使粘彈性材料產(chǎn)生往復(fù)剪切滯回變形，以吸收和耗散能量。粘彈性阻尼器的典型滯回曲線的滯回環(huán)呈橢圓形，具

36、有很好的耗能性能，它能同時(shí)提供剛度和阻尼。由于粘彈性材料的性能受溫度、頻率和應(yīng)變幅值的影響，所以粘彈性阻尼器的性能受溫度、頻率和應(yīng)變幅值的影響。（5）粘滯阻尼器（圖）（圖）粘滯阻尼器主要有筒式粘滯阻尼器、粘滯阻尼墻系統(tǒng)等。筒式粘滯阻尼器一般由缸體、活塞和粘滯流體組成?；钊祥_(kāi)有小孔，并可以在充有硅油或其他粘性流體的缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞與簡(jiǎn)體間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體從活塞的小孔內(nèi)通過(guò)，對(duì)兩者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻尼，從而耗散能量。油阻尼器的恢復(fù)力特性，形狀近似為橢圓。油阻尼器產(chǎn)生的阻尼力一般與速度和溫度有關(guān)。（二）耗能器的恢復(fù)力模型（1）速度相關(guān)型耗能器的恢復(fù)力模型下圖為速度相關(guān)型耗能器的恢復(fù)力-變形

37、曲線。速度相關(guān)型耗能器的恢復(fù)力與變形和速度的關(guān)系一般可以表示為：速度相關(guān)型耗能器的恢復(fù)力-變形曲線（a）粘滯耗能器；（b）粘彈性耗能器式中 和耗能器的剛度和阻尼器系數(shù)；和耗能器的相對(duì)位移和相對(duì)速度。對(duì)于粘滯阻尼器，一般，阻尼力僅與速度有關(guān)，可表示為：式中 粘滯阻尼器的阻尼系數(shù)，可由阻尼器的產(chǎn)品型號(hào)給定或由試驗(yàn)確定。對(duì)于粘彈性阻尼器，剛度和阻尼系數(shù)一般由下式確定：式中 粘彈性材料的損失因子和剪切模量，一般與頻率和速度有關(guān)，由粘彈性材料特性曲線確定；粘彈性材料層的受剪面積和厚度；結(jié)構(gòu)振動(dòng)的頻率。（2）滯變型耗能器的恢復(fù)力模型軟鋼類(lèi)耗能器具有類(lèi)似的滯回性能，可采用相似的計(jì)算模型，僅其特征參數(shù)不同。該

38、類(lèi)耗能器的最理想的數(shù)學(xué)模型可采用RambergOsgood模型，但由于其不便于計(jì)算分析，故可采用下圖（a）所示的折線型彈性-應(yīng)變硬化模型來(lái)描述，恢復(fù)力和變形的關(guān)系可表示為：式中 初始剛度；第二剛度系數(shù)；屈服變形。摩擦耗能器和鉛耗能器的滯回曲線近似為“矩形”，具有較好的庫(kù)侖特性，且基本不受荷載大小、頻率、循環(huán)次數(shù)等的影響，故可采用下圖（b）所示的剛塑性恢復(fù)力模型。對(duì)于摩擦耗能器，恢復(fù)力可由下式計(jì)算：式中 靜摩擦力，為符號(hào)函數(shù)。滯變型耗能器的力-變形曲線（a）金屬耗能器；（b）摩擦耗能器和鉛耗能器對(duì)于鉛擠壓阻尼器，恢復(fù)力可按下式計(jì)算：式中 大于10的系數(shù)；鉛變形前的面積；發(fā)生塑性后的截面面積；摩擦力。三、耗能減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求（1）耗能部件的設(shè)置耗能減震結(jié)構(gòu)應(yīng)根