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黃石網架結構隔震球鉸支座結構設計方法

1 隔震結構分布設計

　　《規(guī)范》中采用分部設計方法和水平向減震系數這兩個概念來考慮隔震結構。隔震結構分部設計法是將隔震體系分為上部結構、隔震層、下部結構以及基礎四個部分[4]。

1.1 上部結構設計

　　上部結構的設計是利用水平向減震系數來實現的。水平向減震系數定義為設防烈度下，結構隔震與非隔震時各層層間剪力比的最大值，它代表了采用隔震設計時的減震效果。

　　式中ψ為剪力比的最大值;Qgi、Qi分別為設防烈度下結構隔震與非隔震時第i層的層間剪力。

　　為提高抗震設防目標，設計時水平向減震系數φ取層間剪力比最大值1/0.7倍，且不宜低于0.25。

1.2 隔震層的設計

　　隔震層的設計應根據預期的水平向減震系數和位移控制要求，選擇適當的隔震支座以及為抵抗地震微震動與風荷載提供的部件組成隔震層。隔震層的平面布置應對稱，并設置在受力較大的位置。

　　隔震層的驗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力設計值：甲類建筑不應超過10MPa，乙類建筑不應超過12MPa，丙類建筑不應超過15MPa，且支座中不宜出現拉應力。隔震支座在罕遇地震下水平位移，應符合下列要求：

1.3 下部結構及地基基礎設計

　　下部結構墻、柱地震作用和抗震驗算，應采用罕遇地震下隔震支座底部的豎向力、水平力和力矩進行計算。隔震建筑地基基礎的抗震驗算和地基處理仍應按本地區(qū)抗震設防烈度進行。

2 隔震結構概念設計

　　隔震結構概念設計主要包括兩個方面，隔震層剛度的設計和上部結構強度的設計。

2.1 隔震層剛度的設計

　　隔震層總體剛度范圍的估計是隔震概念設計中最重要的方面。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，估計結構反應的其它參數，繼而進行隔震層和上部結構的初步設計。隔震建筑可簡化成單質點模型，根據單質點模型將隔震結構加速度反應衰減比η表達成：

　　式中Xs為結構加速度反應;Xg為地面加速度輸入;ω為場地特征頻率;ωn為隔震結構的固有頻率。

　　根據式(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，隔震層會因剛度太小產生較大的位移而不安全。

　　式中Dk為近場系數;Fek為結構總水平地震作用標準值;uh為隔震層允許的水平位移。

2.2 上部結構強度的設計

　　隔震建筑上部結構概念設計與抗震結構基本上相同，應避免應力集中，選擇有利房型，設立多道防線等，不同的是上部結構強度設計上存在差異。由于隔震建筑上部結構的地震反應比同一環(huán)境下抗震結構要小，因此可以減小梁柱的尺寸和配筋，但材料過分節(jié)省時，就可能達不到使用隔震結構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高于抗震建筑。