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杭州網(wǎng)架結(jié)構(gòu)隔震球鉸支座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

1 隔震結(jié)構(gòu)分布設(shè)計(jì)

　　《規(guī)范》中采用分部設(shè)計(jì)方法和水平向減震系數(shù)這兩個(gè)概念來考慮隔震結(jié)構(gòu)。隔震結(jié)構(gòu)分部設(shè)計(jì)法是將隔震體系分為上部結(jié)構(gòu)、隔震層、下部結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)四個(gè)部分[4]。

1.1 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是利用水平向減震系數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。水平向減震系數(shù)定義為設(shè)防烈度下，結(jié)構(gòu)隔震與非隔震時(shí)各層層間剪力比的最大值，它代表了采用隔震設(shè)計(jì)時(shí)的減震效果。

　　式中ψ為剪力比的最大值;Qgi、Qi分別為設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)隔震與非隔震時(shí)第i層的層間剪力。

　　為提高抗震設(shè)防目標(biāo)，設(shè)計(jì)時(shí)水平向減震系數(shù)φ取層間剪力比最大值1/0.7倍，且不宜低于0.25。

1.2 隔震層的設(shè)計(jì)

　　隔震層的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)預(yù)期的水平向減震系數(shù)和位移控制要求，選擇適當(dāng)?shù)母粽鹬ё�以及為抵抗地震微震�?dòng)與風(fēng)荷載提供的部件組成隔震層。隔震層的平面布置應(yīng)對(duì)稱，并設(shè)置在受力較大的位置。

　　隔震層的驗(yàn)算包括豎向的承載能力和水平向的位移。《規(guī)范》規(guī)定：隔震支座永久荷載和可變荷載組合的豎向平均壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值：甲類建筑不應(yīng)超過10MPa，乙類建筑不應(yīng)超過12MPa，丙類建筑不應(yīng)超過15MPa，且支座中不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力。隔震支座在罕遇地震下水平位移，應(yīng)符合下列要求：

1.3 下部結(jié)構(gòu)及地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

　　下部結(jié)構(gòu)墻、柱地震作用和抗震驗(yàn)算，應(yīng)采用罕遇地震下隔震支座底部的豎向力、水平力和力矩進(jìn)行計(jì)算。隔震建筑地基基礎(chǔ)的抗震驗(yàn)算和地基處理仍應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度進(jìn)行。

2 隔震結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

　　隔震結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面，隔震層剛度的設(shè)計(jì)和上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)。

2.1 隔震層剛度的設(shè)計(jì)

　　隔震層總體剛度范圍的估計(jì)是隔震概念設(shè)計(jì)中最重要的方面。在確定隔震層的總體剛度范圍以后，才可以選用合適的隔震支座，估計(jì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的其它參數(shù)，繼而進(jìn)行隔震層和上部結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)。隔震建筑可簡(jiǎn)化成單質(zhì)點(diǎn)模型，根據(jù)單質(zhì)點(diǎn)模型將隔震結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)衰減比η表達(dá)成：

　　式中Xs為結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng);Xg為地面加速度輸入;ω為場(chǎng)地特征頻率;ωn為隔震結(jié)構(gòu)的固有頻率。

　　根據(jù)式(4.4)可以估算出隔震層總體剛度的上限值，超過該值將達(dá)不到所要求的隔震效果，而總體剛度的下限值由(4.5)式估算，小于此下限值時(shí)，隔震層會(huì)因剛度太小產(chǎn)生較大的位移而不安全。

　　式中Dk為近場(chǎng)系數(shù);Fek為結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值;uh為隔震層允許的水平位移。

2.2 上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)

　　隔震建筑上部結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)與抗震結(jié)構(gòu)基本上相同，應(yīng)避免應(yīng)力集中，選擇有利房型，設(shè)立多道防線等，不同的是上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)上存在差異。由于隔震建筑上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)比同一環(huán)境下抗震結(jié)構(gòu)要小，因此可以減小梁柱的尺寸和配筋，但材料過分節(jié)省時(shí)，就可能達(dá)不到使用隔震結(jié)構(gòu)提高建筑地震安全性的目的。所以，必須按規(guī)范規(guī)定，使得隔震建筑安全等級(jí)高于抗震建筑。