PAGE17某高檔別墅基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)報(bào)告書SeismicIsolationReportofaHigh-classCottage姓名：陳貽輝學(xué)號(hào)：1130648專業(yè)：防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程2012年1月5日某高檔別墅基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)報(bào)告1、工程概況及隔震設(shè)計(jì)目標(biāo)本工程為某高檔別墅，兩層框架結(jié)構(gòu)，層高均為4.2米，建筑總高度為8.4米，工程設(shè)計(jì)為7度抗震設(shè)防，三級(jí)框架，II類場(chǎng)地，設(shè)計(jì)地震分組第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.10g，執(zhí)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010），反應(yīng)譜特征周期0.40s?？紤]到建筑設(shè)計(jì)可能行及性價(jià)比，擬采用隔震技術(shù)，期望通過采用隔震措施，降低房屋的地震作用。根據(jù)甲方要求，綜合考慮到隔震效果和技術(shù)措施實(shí)施的可行、可靠、安全等因素，減震效果期望降低1度，將該房屋抗震設(shè)防烈度提升至8度。本工程采用ETABS軟件進(jìn)行分析。ETABS是一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)的集成化環(huán)境，是美國(guó)乃至全球公認(rèn)的高層結(jié)構(gòu)計(jì)算程序，是房屋建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，其前后處理十分方便。圖1是原結(jié)構(gòu)在ETABS中的3D模型。圖1原結(jié)構(gòu)ETABS中的結(jié)構(gòu)3D模型2、原結(jié)構(gòu)在ETABS軟件中的基本信息表1集中樓層質(zhì)量（單位：t）樓層STORY2STORY1BASETotals質(zhì)量794.2950.218.661763表2模態(tài)與周期（單位：s）振型振型1振型2振型3周期（s）0.60490（X向）0.60377（Y向）0.55091（扭扭轉(zhuǎn)）3、隔震支座的初步選取圖2地震影響系數(shù)曲線已知場(chǎng)地特征周期Tg=0.40s，結(jié)構(gòu)第一自振周期T1=0.60490s，由上圖可見，T1落在反應(yīng)譜的下降段上。要達(dá)到把8度降低到7度的目標(biāo)，可以通過延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期來實(shí)現(xiàn)，即在8度下使隔震結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)原結(jié)構(gòu)在8度下地震影響系數(shù)的27%—40%，這里首先取減震系數(shù)為30%，則有式中，Tiso為隔震后的結(jié)構(gòu)周期。由此可得。隔震后，由于在底部增加了一層樓板（如圖3所示），故上部結(jié)構(gòu)總質(zhì)量會(huì)有所增加，通過ETABS可以查得，隔震后總質(zhì)量m=2417t。圖3隔震后結(jié)構(gòu)增加了一層樓板表3給出了隔震結(jié)構(gòu)的樓層集中質(zhì)量信息。表3隔震結(jié)構(gòu)的樓層集中質(zhì)量（單位：t）樓層STORY2STORY1BASETotals質(zhì)量794.2950.2672.92417可將上部結(jié)構(gòu)視為剛體，用公式來近似表示隔震后結(jié)構(gòu)的周期，由此可得隔震層的水平剛度==17.942KN/mm本隔震設(shè)計(jì)擬采用天然橡膠支座（NRB），不考慮其附加的阻尼作用。該框架共有16根柱子，假設(shè)每根柱子下面布置一個(gè)NRB，則單個(gè)支座的水平剛度為假設(shè)結(jié)構(gòu)自重由所有柱子均勻承擔(dān)，則每根柱子所受壓力為N1=24170/16KN=1510.625KN。根據(jù)先前預(yù)計(jì)，隔震后的結(jié)構(gòu)在8度罕遇地震（）下的地震影響系數(shù)將變?yōu)?由此可以估算隔震層的水平位移為隔震層水平剛度和位移是選擇橡膠支座（NRB）的重要依據(jù)。但同時(shí)也應(yīng)注意到，隔震設(shè)計(jì)是在盡可能小的水平剛度和可接受的水平位移之間尋求平衡點(diǎn)。因此，支座的選取往往不是一次就能成功的，而是需要經(jīng)過多次試算，反復(fù)比較。經(jīng)試算，選用無錫圣豐建筑新材料有限公司生產(chǎn)的FUYO天然橡膠支座G4S2=5系列產(chǎn)品NRB800，其力學(xué)性能參數(shù)如下表所示。表4NRB800橡膠支座的力學(xué)性能型號(hào)Dp(mm)基準(zhǔn)面壓（MPa）長(zhǎng)期荷載（KN）Kv（Kn/mm）100%性能Khh（KN/mm）NRB8004015752135171.238該支座的各項(xiàng)指標(biāo)均能夠滿足預(yù)先估計(jì)的水平剛度、變形量以及豎向承載的要求。在每根柱子下布置一個(gè)橡膠支座NRB800，如圖4所示。在ETABS中疊層橡膠支座可用線性彈簧來模擬，并且不考慮其提供的附加阻尼。圖4疊層橡膠支座的布置（XJD表示橡膠支座）地震波的選取接下來需要進(jìn)行時(shí)程分析，以驗(yàn)證隔震結(jié)構(gòu)確實(shí)能夠達(dá)到預(yù)期的減震效果。選擇地震波要綜合考慮峰值加速度、頻譜特性、持續(xù)時(shí)間三個(gè)要素，使之盡量與建筑場(chǎng)地相符合。本工程采用已經(jīng)給定的三條歸一化地震波AW1、AW2、E186（圖5、6、7），峰值加速度下表確定。表5地震峰值加速度（）烈度小震中震大震7度351102208度70210400圖5AW1（間隔0.02s）圖6AW1（間隔0.02s）圖7地震記錄E186（間隔0.005s）由表2可以看出，結(jié)構(gòu)的第一周期與第二周期十分接近，說明結(jié)構(gòu)是很規(guī)則的。因此，為了簡(jiǎn)化起見，本工程可以僅考慮X方向的地震作用。隔震效果分析隔震后結(jié)構(gòu)第一、二振型的的周期均為2.252s，達(dá)到了延長(zhǎng)周期的目的。5.1減震系數(shù)的確定定義減震系數(shù)式中，—減震系數(shù)；V2—隔震結(jié)構(gòu)在8度下的層間剪力；V1—非隔震結(jié)構(gòu)在8度下的層間剪力。是反映隔震效果的重要指標(biāo)。表6列出了8度大、中、小震下非隔震結(jié)構(gòu)與隔震結(jié)構(gòu)層間剪力的對(duì)比。表68度大、中、小震下非隔震結(jié)構(gòu)與隔震結(jié)構(gòu)層間剪力比較（KN）地震水準(zhǔn)樓層號(hào)地震波非隔震結(jié)構(gòu)V1最大值V1maxx隔震結(jié)構(gòu)V2最大值V2maxx減震系數(shù)β=V2max/V1mmax8度小震STORY2AW111831183319.2319.226.98%AW21115272.9E1861029182.5STORY1AW118151815661.4661.436.44%AW21686576.9E1861166352.78度中震STORY2AW135493549957.6957.626.98%AW23346818.7E1863087547.6STORY1AW1544654461984198436.43%AW250591731E186349910588度大震STORY2AW1676167611824182426.98%AW26373156018658801043STORY1AW110370103703779377936.44%AW29636329718666652015根據(jù)我國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，隔震后上部結(jié)構(gòu)的設(shè)防烈度可以降低，水平向減震系數(shù)與隔震后結(jié)構(gòu)水平地震作用所對(duì)應(yīng)烈度的分檔見表7。表7水平向減震系數(shù)與隔震后結(jié)構(gòu)水平地震作用所對(duì)應(yīng)烈度的分檔基本設(shè)防烈度隔震后可降降低到的烈度度0.53≥β≥00.400.40>β>00.27β≤0.278（0.20g）7（0.15g）7（0.10g）7（0.10g）取8度中震第一層（STORY1）的減震系數(shù)作為結(jié)構(gòu)的整體減震系數(shù)，即。由表7可知，0.40>β>0.27，因此上部結(jié)構(gòu)按7度設(shè)計(jì)即可達(dá)到8度的設(shè)防目標(biāo)。5.2隔震前后層間位移角的比較表88度大、中、小震下非隔震結(jié)構(gòu)與隔震結(jié)構(gòu)層間位移角比較（rad）地震水準(zhǔn)樓層號(hào)地震波非隔震結(jié)構(gòu)θ1隔震結(jié)構(gòu)θ2減少率（θ1-θ2）/θ18度小震STORY2AW11/6821/257173.47%AW21/7461/301575.25%E1861/8621/456681.08%STORY1AW11/5231/153865.99%AW21/5561/177968.75%E1861/8671/290470.14%8度中震STORY2AW11/2271/85773.51%AW21/2491/100575.22%E1861/2871/152281.14%STORY1AW11/1741/51366.08%AW21/1851/59368.80%E1861/2891/96870.14%8度大震STORY2AW11/1191/45073.56%AW21/1311/52875.19%E1861/1511/79981.11%STORY1AW11/911/26966.17%AW21/971/31168.81%E1861/1521/50870.08%由表8可以看出，8度大、中、小地震下隔震結(jié)構(gòu)比非隔震結(jié)構(gòu)的層間位移角有顯著的減小。傳統(tǒng)的非隔震結(jié)構(gòu)在大震下層間位移角很大，這樣即使結(jié)構(gòu)不倒塌，震后也會(huì)因器物、裝修嚴(yán)重?fù)p壞而使房屋無法繼續(xù)使用；而隔震后不僅能保證結(jié)構(gòu)在大震下的安全，而且能保證結(jié)構(gòu)的使用性能不受到大的影響，如室內(nèi)器物、裝修基本不損壞。5.3隔震結(jié)構(gòu)在8度下與非隔震結(jié)構(gòu)在7度下的層間剪力比較隔震后，上部結(jié)構(gòu)只需按7度（0.10g）即可。為了更好地了解隔震結(jié)構(gòu)的性能，我們可以將隔震結(jié)構(gòu)在8度下的層間剪力與非隔震結(jié)構(gòu)在7度下的層間剪力進(jìn)行比較，見表9。表9隔震結(jié)構(gòu)在8度下與非隔震結(jié)構(gòu)在7度下的層間剪力比較地震水準(zhǔn)樓層號(hào)非隔震結(jié)構(gòu)7度下下層間剪力最大值V1（KN）隔震結(jié)構(gòu)8度下層間剪力最大值V22（KN）層間剪力減少比率X向(V2-V1)/V11小震STORY2591.6319.246.04%STORY1907.7661.427.13%中震STORY21859957.648.49%STORY12853198430.46%大震STORY23718182450.94%STOR76%由表9可見，隔震結(jié)構(gòu)在8度下的層間剪力比非隔震結(jié)構(gòu)在7度下的層間剪力還要小得多。這更加說明了，采取隔震措施后，上部結(jié)構(gòu)按7度設(shè)計(jì)完全可以達(dá)到8度的設(shè)防目標(biāo)，而且還有一定的余量，結(jié)構(gòu)的實(shí)際抗震能力比8度還要強(qiáng)。5.4隔震層水平位移的驗(yàn)算隔震后的上部結(jié)構(gòu)即使在大震作用下其層間位移角也比較小。因此，將第一層（STORY1）頂部剛性隔板質(zhì)心的位移當(dāng)做隔震層的位移對(duì)于隔震的橡膠支座來說是偏于安全的。下面列出了ETABS軟件輸出的8度中震、大震下第一層（STORY1）頂部剛性隔板質(zhì)心X方向的最大位移，亦即隔震層的水平位移Ux。表10隔震結(jié)構(gòu)在8度中震、大震下隔震層X向最大水平位移Ux近似值地地震水準(zhǔn)地震波隔震層位位移Ux(mmm)中震AW1143..9358AW2124..1131E18673.44668大震AW1274..1634AW2236..4059E186139..9367由表10可以看出，8度大震下隔震層的最大位移為274.1634mm，小于疊層橡膠支座的最大容許水平位移80055%=440mm，因此是符合要求的，并且還有一定的富余量。5.5橡膠支座壓應(yīng)力和拉應(yīng)力驗(yàn)算橡膠支座的壓應(yīng)力限值是保證隔震層在罕遇地震作用下強(qiáng)度和穩(wěn)定的重要指標(biāo)?！督ㄖ拐鹨?guī)范》規(guī)定，橡膠隔震支座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)超過表11的規(guī)定，且在罕遇地震作用下不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力。表11支座平均壓應(yīng)力限值建筑類別甲類建筑乙類建筑丙類建筑平均壓應(yīng)力限值（MPa）101215從軟件分析結(jié)果中可以查出，在永久荷載下和可變荷載下（本例暫未考慮風(fēng)荷載），一根柱子最大軸力標(biāo)準(zhǔn)值分別為N1=1981.56KN，N2=497.26KN。因此，，平均壓應(yīng)力為，該建筑為丙類建筑，支座平均壓應(yīng)力限值為15MPa，符合要求。通過比較可以8度AW1罕遇地震下，柱子的軸力取得最大值，最大拉力為359.4KN，和永久荷載下的軸力相比此值甚小，因此在罕遇地震作用下支座不會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力。6結(jié)論通過隔震，可以達(dá)到將地震作用降低1度的效果，即上部結(jié)構(gòu)按7度設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)8度的抗震設(shè)防目標(biāo)。7對(duì)隔震的思考與體會(huì)我國(guó)是世界上遭受地震災(zāi)害最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，近年來發(fā)生的汶川地震、玉樹地震給我國(guó)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。每當(dāng)大地震發(fā)生時(shí)，我們就會(huì)想：如果在建造這些建筑物的時(shí)候能把它與地面的連接切斷的話，那么就不會(huì)遭受這么大的傷害了?；A(chǔ)隔震正是基于這種構(gòu)想。傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系實(shí)質(zhì)上是把結(jié)構(gòu)本身（柱、梁、節(jié)點(diǎn)）作為耗能構(gòu)件。按傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法，容許結(jié)構(gòu)本身及構(gòu)件在地震中出現(xiàn)不同程度的損壞。由于地震動(dòng)的隨機(jī)性和結(jié)構(gòu)實(shí)際抗震能力設(shè)計(jì)計(jì)算的誤差性，結(jié)構(gòu)在地震中的損壞程度難以控制，特別是出現(xiàn)超過設(shè)防烈度的強(qiáng)震時(shí)，結(jié)構(gòu)就更加難以確保安全。所謂基礎(chǔ)隔震就是在建筑物的基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間嵌入隔震裝置（如疊層橡膠支座、鉛芯橡膠支座以及阻尼器等,如圖8所示），以減少地震能量向上部結(jié)構(gòu)的傳遞。圖8隔震結(jié)構(gòu)示意圖疊層橡膠支座在水平方向有非常大的柔韌性，可將上部結(jié)構(gòu)水平方向的搖動(dòng)減小，從而達(dá)到降低地震波對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平地震力。同時(shí)，疊層橡膠支座具有很大的豎向剛度，這就保證了對(duì)上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定支承。如果需要進(jìn)一步吸收地震能量，則應(yīng)另外設(shè)置衰減裝置，如選用阻尼器或?qū)B層橡膠支座與鉛芯相結(jié)合的鉛芯橡膠支座。隔震建筑不僅是建筑本身，而且其內(nèi)部物體也可免受地震影響，因此能保證建筑物的整體安全。地震除了對(duì)結(jié)構(gòu)本身造成破壞以外，對(duì)內(nèi)部裝修、家具、設(shè)備機(jī)械以及物品的損害也應(yīng)引起我們的高度度重視。而隔震建筑在地震作用下其上部結(jié)構(gòu)層間位移較小，接近于