復雜高層結構設計注意要點

1、結構隔震加固西安達盛隔震技術有限公司二零一二年十二月隔震加固技術的優(yōu)勢二日本隔震加固實例五結構隔震加固概述一隔震加固技術國內(nèi)外的應用三中國隔震加固實例四結構隔震加固概述結構加固的目的 使待加固結構滿足業(yè)主期望的性能 加固方法 加強？ 傳統(tǒng)加固方式 減弱？ 也是加固的一種重要方法。 隔震加固二、隔震加固技術優(yōu)勢隔震與常規(guī)抗震加固的區(qū)別隔震加固與常規(guī)抗震加固相比較最大的優(yōu)勢 隔震加固不影響建筑物的正常使用，隔震加固期間建筑物里的人員可以正常工作生活，而不必搬離建筑物，臨時租賃工作或生活場所，更不會造成現(xiàn)有建筑物的財產(chǎn)的損失（如裝修、水電管線等）； 常規(guī)加固需要將建筑物的所有裝修完全破壞，才能進行加

2、固施工，然后再進行修復，周期長，而且造成建筑物內(nèi)物主的財產(chǎn)損失，所有人員更需要搬離建筑物，另覓安身之地，勞民傷財，增加了很大的額外成本和費用。隔震加固與常規(guī)抗震加固相比較最大的優(yōu)勢 隔震加固與常規(guī)加固相比在工程成本上也可以大大降低加固工程的費用，常規(guī)加固8001200元/平方米（北京市已經(jīng)改造的學校常規(guī)抗震加固造價達到了2000元/平方米），而隔震加固的費用基本保持在550元/平方米750元/平方米；隔震加固與常規(guī)加固相比可以大大提高建筑物的抗震性能，確保在大震發(fā)生時，建筑物內(nèi)的人員和財產(chǎn)不受損失，此次汶川地震就驗證了隔震建筑在大震發(fā)生時的優(yōu)異抗震性能。 隔震加固與常規(guī)抗震加固相比較最大的優(yōu)勢

3、 隔震加固技術適用于廣泛的工程形式。隔震技術適合各種工程情況，不論是一般民用建筑還是重要性建筑或生命線工程。它不僅能保證結構本身的安全，還能保護建筑內(nèi)部的設施不受破壞。同時，隔震加固可以用于各種結構體系，如磚石結構、鋼筋混凝土結構、鋼結構等; 隔震支座安放位置有很多可選方案，可使建筑布置更為靈活，這樣就可以確保在加固時不影響結構的外觀，保持建筑物的原有風貌。這一特性可以滿足實際工程中各種不同的綜合性需要，所以隔震加固技術特別適合對歷史紀念性建筑的修復補強。三、隔震加固技術國內(nèi)外的應用應用實例：都江之春1樓5框架隔震加固（忻州第十中學）砌體隔震加固（北京信息科技大學）砌體隔震加固（北京信息科技大

4、學）砌體隔震加固（北京信息科技大學）砌體隔震加固（北京信息科技大學）砌體隔震加固（北京信息科技大學） 日本國立西洋美術館 高阻尼橡膠隔震支座隔震加固技術-日本豊島區(qū)役所 積層支承基礎隔震技術用于房屋的增層改造四、中國隔震加固實例背景汶川地震中的典型震害之一：首層薄弱層首層嚴重破壞，上部結構幾乎完好受災地區(qū)的設防烈度提高，原設計不滿足新規(guī)范全部拆除重建？重建就能避免底層薄弱層？22底層破壞結構保全了上部結構2失效-安全概念失效安全: 結構系統(tǒng)中某些部分在大震中破壞了，該結構系統(tǒng)中的其它部分可以因此得到保全；對于非隔震結構，軟弱層破壞了，其它部分可以因此得到保全；對于隔震結構，它的薄弱層是經(jīng)過工程

5、設計的，這樣的薄弱層同樣可以在地震中保全結構的其它部分，而且這樣的薄弱層的損傷時可控的。不可控的薄弱層非隔震結構工程設計的薄弱層隔震結構不增強上部結構卻可以提高整體結構的抗震能力繼續(xù)保證底層作為停車場或者商業(yè)區(qū)的原設計功能地震中可更好保護上部結構的室內(nèi)物品（功能性）成本遠低于重建費用，也低于常規(guī)加固方法。柱頂隔震技術的優(yōu)勢3柱頂隔震：在首層柱定設置隔震支座隔震結構的一般設計流程假定水平向減震系數(shù)，并根據(jù)水平向減震系數(shù)設計上部結構。根據(jù)上部結構的設計，設計隔震層建立基礎固定結構和隔震結構的模型，選擇合適的地震撥進行時程分析，通過兩個模型計算結果的比較獲得計算水平性減震系數(shù)設計上部結構合適設計隔震

6、層設計下部結構和基礎確定水平向減震系數(shù)檢查減震系數(shù)不合適檢查水平向減震系數(shù)是否合適？如果不合適，重新假定一個水平向減震系數(shù)否則，繼續(xù)設計下部結構和基礎4盡可能使得隔震結構的設計和常規(guī)結構設計方法接近。應用實例：都江之春1樓5應用實例：都江之春1樓5應用實例：都江之春1樓5都江堰市，6層RC框架結構高度：21.22m. 建筑面積：5400m2首層為停車場，二層及以上為高檔住宅結構概況Fig. 3: Structure plane6汶川地震中首層嚴重破壞，而上部結構基本保持完好首層柱頂和柱腳出現(xiàn)大量嚴重的塑性鉸，最大水平殘留位移為 200mm汶川地震前，都江堰市設防烈度為7度，震后提升為8度結構震

7、害情況7采用了兩種鉛芯隔震支座，包括：LRB500-90 and LRB600-100兩種類型，共44個支座。仔細調(diào)整了隔振支座的布置，使得隔振層的剛度中心和質(zhì)量中心基本重合。柱頂隔震方案隔振支座的布置8采用SAP2000結構分析軟件進行彈塑性時程分析建立了兩種模型：原結構的層模型和柱頂隔振的層模型隔振層精確建模，考慮可能存在的扭轉效應；采用NLNK單元Isolator的模型模擬隔振支座。計算分析模型Original Structure Model Seismic isolation Structure ModelSuperstructure Seismic isolation layerSu

8、bstructure9采用了兩組天然地震波（El Centro-NS和Taft-NS）和一組人工波（根據(jù)都江之春項目所在地場地類型選擇）；最大地震加速度調(diào)整為小震70gal，中震200gal，大震400gal. 地震波選擇10隔振后結構的X方向第一周期從 0.609s 延長到 2.281sY方向從 0.569s 延長到 2.267s模態(tài)分析結果前三階周期的自振頻率和質(zhì)量參與系數(shù)ModeTime/sUXUYRZSumUXSumUYSumRZ12.2810.9380.0030.1150.9380.0030.11522.2670.0030.9750.6680.9410.9780.78332.0750

9、.0370.0000.2000.9780.9780.983注：模態(tài)分析采用的隔振支座的橡膠發(fā)生100%剪切應變時的剛度11 最大樓層剪力上部結構各個樓層的地震剪力隔振后所有樓層的水平地震剪力都減小到了原來設計地震剪力的40%以下隔振模型在8度情況下上部結構各個樓層的地震剪力均小于7度情況下隔振前各個樓層的地震剪力隔震后上部結構無需加固即可以基本滿足新的抗震設防要求14考察局部構件的內(nèi)力12大震下隔震層位移大震下隔震層的最大水平位移（mm）Direction of the seismic waveWithout/with consideration of torsion effectElectr

10、oTaftSyntheticAverageX direction118/119122/123158/161132.7/133.7Y direction117/117123/123157/158132.3/132.7大震下隔振層最大水平位移小于最大所有隔震支座的允許水平位移的限值（0.55D and 3.0橡膠層總厚度）隔振層沒有出現(xiàn)顯著的扭轉效應，這也感謝我們對隔震墊仔細布置，保證隔震層剛度中心和質(zhì)量中心重合。隔震支座中沒有出現(xiàn)顯著的拉應力（不出現(xiàn)，小于1MPa）15下部結構和基礎設計驗算下部結構和基礎的設計和常規(guī)結構基本相同。兩點不同：上部結構在罕遇地震下對下部結構產(chǎn)生的剪力，軸力以及附加彎

11、矩被作為外荷載施加到下部結構的柱頂；下部結構的性能目標被設定為大震不屈服16施工過程組織設計16施工過程組織設計遵循由內(nèi)向外，間隔托換的原則；首層和二層的支架，從二層開始，一次性拆除正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#正在施工中的都江之春1#結論簡要介紹了適合于工程應用的柱頂隔震結構設計的方法探討了

12、柱頂隔震加固的施工方法采用柱頂隔振的技術可以有效加固首層薄弱層結構（安全性和保持原建筑的功能性），特別適合震后地震烈度提高的地區(qū)17五、日本隔震加固實例國立西洋美術館總館隔震加固歷史文化建筑的保存與重現(xiàn)清水建設有限公司資料提供建筑物概要所 在 地：東京都臺東區(qū)上野公園7-7占地面積：9,287.88m2建筑面積：1,692.61m2層 數(shù)：地上3層、地下1層、閣樓1層結 構：鋼筋混凝土結構(新建時）總面積：3,995.67m2設 計：勒柯布西耶 （Le Corbusier） 監(jiān) 工：坂倉準三、前川國男、吉阪隆正、橫山不學文部省管理局教育設施部工營課（當時）施工：清水建設株式會社竣工：1959年

13、5月(此次修復時）總 面 積：4,200.30m2設計監(jiān)督：建設省關東地方建設局營繕部、 株式會社前川建筑設計事務所、 株式會社橫山建筑構造設計事務所、清水建設株式會社（設計合作）施工：清水建設株式會社工期：1996年5月1998年3月建筑物概要（續(xù)）國立西洋美術館總館的歷史沿革法國政府二戰(zhàn)時的戰(zhàn)利品“松方收藏品”被歸還時所建。柯布西耶先生作品中印度以東、美國以西地區(qū)建成的唯一現(xiàn)存建筑物。近代建筑史上以采用模塊技術、底層挑空形式、混凝土澆筑暴露裝飾等為特征的重要作品。修復方法探討方法墻壁加固柱梁加固減震免震評估項目來館人員的安全美術館的功能性美術品的保護継承認為效果不大隔震原創(chuàng)設計的繼承以往建

14、筑物隔震建筑物隔震裝置隔震裝置將地震力巧妙吸收，使建筑物能夠承受晃動輕微的地震入口大廳餐廳入口大廳商店19世紀大廳6350635063506350635063506350635063506350635063503810038100走廊21世紀畫廊層平面圖有地下層地下層增加可使用面積33200284038203900照明畫廊展廳展廳倉庫廚房中庭咖啡廳機械室入口大廳入口大廳展廳倉庫21世紀畫廊前庭63506350635063506350635038100截面圖隔震化現(xiàn)狀結 構 計 劃修復設計的標準 級別1 (25cm/s)上部結構：全部材料在容許工作應力以內(nèi)設備管道：無損壞級別2 (50cm/s)

15、上部結構：全部材料在彈性限度以內(nèi)設備管道：供水等重要管道無損壞隔震裝置：最大位移30cm左右、不發(fā)生抽脫高阻尼疊層橡膠的形狀和配置法蘭遮蓋橡膠內(nèi)部橡膠內(nèi)部鋼板直徑直徑數(shù)字為軸向力隔震部件的設計目標項 目內(nèi) 容水平方向周期中地震波時： T = 2.0sec左右大地震波時： T = 2.53.0sec左右垂直方向固有振動數(shù)10Hz以上疊層橡膠面壓100kgf/cm2以下疊層橡膠変形能力40cm左右層X方向Y方向Kx (t/cm)Ky (t/cm)36,3638,71527,3599,74817,0618,486隔震層* KH =84.67t/cm 56.63t/cm* KH =84.67t/cm

16、56.63t/cm* KH 上段的值為水平位移10cm時 下段為水平位移20cm時RFL3FL2FL1FLGL4,0202,8603,1001,777t 640t1,782t7,061t質(zhì)點系振動解析解析模型場合方向次數(shù)固有周期(sec)刺激系數(shù)上層建筑1層地板位置固定X方向1次0.2011.23182次0.0790.46303次0.0400.0819Y方向1次0.1791.22572次0.0700.42843次0.0340.0710疊層橡膠使用時（疊層橡膠剛性為水平位移10 cm等價剛性）X方向1次2.1691.00702次0.1600.00753次0.0760.0010Y方向1次2.169

17、1.00552次0.1410.00593次0.0670.0007固有周期一覽表(1)場合方向次數(shù)固有周期(sec)刺激系數(shù)上層建筑1層地板位置固定X方向1次0.2011.23182次0.0790.46303次0.0400.0819Y方向1次0.1791.22572次0.0700.42843次0.0340.0710疊層橡膠使用時（疊層橡膠剛性為水平位移20 cm等價剛性）X方向1次2.6511.00472次0.1600.00503次0.0760.0007Y方向1次2.6511.00372次0.1410.00393次0.0670.0005固有周期一覽表(2)場合方向次數(shù)固有周期(sec)刺激系數(shù)疊

18、層橡膠使用時（疊層橡膠剛性為水平位移10 cm等價剛性）X方向1次2.1691.00702次0.1600.00753次0.0760.0010Y方向1次2.1691.00552次0.1410.00593次0.0670.0007疊層橡膠使用時（疊層橡膠剛性為水平位移20 cm等價剛性）X方向1次2.6511.00472次0.1600.00503次0.0760.0007Y方向1次2.6511.00372次0.1410.00393次0.0670.0005固有周期一覽表(2)波名觀測波最大加速度(cm/s2)*A/V比(1/s)輸入最大加速度持續(xù)時間(sec)25cm/s(cm/s2)50cm/s(cm

19、/s2)El Centro1940 NS341.7010.215255.38510.7540.00Taft1952 EW179.959.933248.33496.6540.00Hachinohe1968 NS225.006.602165.05330.1036.00Tokyo 1011956 NS 74.009.699242.00485.0012.00輸入地震波一覽表*A/V比：觀測波的最大加速度和使用Trifunac方法積分的最大加速度之間的比率。輸入波名層間剪力系數(shù)水平絕對位移(cm)XY両方向X方向Y方向1層3層1層3層隔震層El Centro1940 NS0.1270.1320.1270

20、.13422.2Taft1952 EW0.1170.1190.1170.11819.6Hachinohe1968 NS0.1210.1270.1210.12520.2Tokyo 1011956 NS0.0950.1030.0960.10611.6隔震層的最大應答值(50cm/s輸入標準裝置剛性)項目假定地板的剛性置換為樓板面支撐柱梁接合部假定其剛域屈服判定在剛域端鋼筋的材料強度標準強度的1.1倍大梁的抗彎剛性作為增加剛性的系數(shù)，両側接觸地板時為2.0，單側接觸地板時為1.5上層結構的阻尼內(nèi)部阻尼型，疊層橡膠上面看作固定的建筑水平剛性對1次固有振動數(shù)的阻尼定數(shù)為1%（剛性比例型）柱梁的抗彎特性Degrading Tri-Linear抗震墻把剛性置換為支撐，剪力特性為支撐，抗彎特性為側柱立體框架振動解析解析上的假定解析事例輸入波名輸入方向最大加速度(gal)持續(xù)時間(sec)建筑中心模擬波Y方向輸入建筑中心模擬波(級別1)Y355.760.0建筑中心模擬波45方向輸入建筑中心模擬波(級別2)X215.560.0建筑中心模擬波(級別2)Y215.560.0El CentroEl Centro1