建筑结构抗震设计原理.pptx
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1、为达到明显减震效果,通常基础隔震系统需具备以下四种特性:为达到明显减震效果,通常基础隔震系统需具备以下四种特性:(1)(1)承载特性:具有足够的竖向强度和刚度以支撑上部结构的重量;承载特性:具有足够的竖向强度和刚度以支撑上部结构的重量;(2)(2)隔震特性:具有足够的水平初始刚度,在风载和小震作用下,体系能保持隔震特性:具有足够的水平初始刚度,在风载和小震作用下,体系能保持 在弹性范围内,满足正常使用的要求,而中强地震时,其水平在弹性范围内,满足正常使用的要求,而中强地震时,其水平 刚度较小,结构为柔性隔震结构体系;刚度较小,结构为柔性隔震结构体系;(3)(3)复位特性:地震后,上部结构能回复
2、到初始状态,满足正常的使用要求。复位特性:地震后,上部结构能回复到初始状态,满足正常的使用要求。(4)(4)耗能特性:隔震系统本身具有较大的阻尼,地震时能耗散足够的能量,从耗能特性:隔震系统本身具有较大的阻尼,地震时能耗散足够的能量,从 而降低上部结构所吸收的地震能量。而降低上部结构所吸收的地震能量。第六章第六章 结构振动控制结构振动控制 6.1结构振动控制简介结构振动控制简介隔震系统回顾隔震系统回顾 基础隔震的概念早在基础隔震的概念早在1919世纪已有人提过,广义的隔震方案则更是源世纪已有人提过,广义的隔震方案则更是源渊流长,如北京故宫就设有糯米加石灰的柔性减震支座层;现代的基础渊流长,如北
3、京故宫就设有糯米加石灰的柔性减震支座层;现代的基础隔震理论和实践开始于上世纪隔震理论和实践开始于上世纪7070年代,基础隔震方案很多,下面作简单年代,基础隔震方案很多,下面作简单介绍介绍1.早期隔震技术河合浩藏的“地震时不受大震动的结构”右图是1891年河合浩藏的“地震时不受大震动的结构”。其隔震思路是在地基上并排铺设了数层圆木,并且把建筑物周围挖空,从而地震时可对上部建筑起到隔震第六章第六章 结构振动控制结构振动控制 6.1结构振动控制简介结构振动控制简介J.A.CalantarientsJ.A.Calantarients提出的隔震结构提出的隔震结构 右图是J.A.Calantarients
4、于1909年提 出 的 隔 震 结 构(Base-isolated building)方案。这种隔震结构在建筑物结构与基础之间用滑石层隔开,地震时建筑物可以滑动。中村太郎的隔震结构 右图是中村太郎于1927年提出的隔震结构方案。在这种隔震系统中已使用阻尼泵来耗散地震动的能量,并且在该建筑地下层柱的上下端采用铰接构造,建筑物可以水平自由移动。第六章第六章 结构振动控制结构振动控制 6.1结构振动控制简介结构振动控制简介柔性层隔震结构柔性层隔震结构(Flexible first-story buildingFlexible first-story building)柔性层结构隔震概念由Martel
5、在1929年提出,由Green(1935年)和Jacobasen(1938年)进一步加以研究与完善;下图是真岛健三郎于1934年的柔性层结构。地震时,柔性层进入塑性,结构的刚度变小,结构的基本周期延长,从而导致上部结构所受的地震作用减小。第六章第六章 结构振动控制结构振动控制 6.1结构振动控制简介结构振动控制简介滚动支撑类隔震系统滚动支撑类隔震系统(Roller bearing systemRoller bearing system)为克服柔性层结构所带来的缺陷,科学家们相继提出了多种滚动支撑类隔震系统,工作元件有球形和椭圆形等多种,但由于其隔震是有向性的,而地震是具有无向性,这些类型的隔震
6、系统均未能推广应用。第六章第六章 结构振动控制结构振动控制 6.1结构振动控制简介结构振动控制简介2.最新隔震技术隔震橡胶支座隔震橡胶支座(The laminated rThe laminated rubber bearing)隔震系统。隔震系统。第六章第六章 结构振动控制结构振动控制 6.1结构振动控制简介结构振动控制简介 南南加加州州大大学学医医院院(The University of Southern California Teaching Hospital)是是橡橡胶胶支支座座隔隔震震系系统统,这这栋栋八八层层医医院院基基础础加加速速度度为为 0.49g,而而顶顶层层加加速速度度只只有
7、有0.21g,加加速速度度折折减减系系数数为为1.8。而而抗抗震震结结构构橄橄榄榄景景医医院院(The Olive View Hospital)的的底底层层加加速速度度为为 0.82g,而而顶顶层层加加速速度度为为2.31g,加加速速度放大系数为度放大系数为2.8,由此可见橡胶支座隔震系统的优越性。,由此可见橡胶支座隔震系统的优越性。中南加州大学医院(隔震结构)中南加州大学医院(隔震结构)橄榄景医院(抗震结构)橄榄景医院(抗震结构)1994 1994年年1 1月月1717日,美国圣菲尔南多发生洛杉矶地震,震级日,美国圣菲尔南多发生洛杉矶地震,震级M=6.7M=6.7,直下,直下型地震,死亡型地
8、震,死亡5656人,伤人,伤73007300人,损失很大。人,损失很大。震中附近有两座医院,一座为隔震结构,另一座为抗震结构。震中附近有两座医院,一座为隔震结构,另一座为抗震结构。第六章第六章 结构振动控制结构振动控制 6.1结构振动控制简介结构振动控制简介中南加州大学医院中南加州大学医院 地下一层,地上地下一层,地上7 7层,建筑面积:层,建筑面积:3300033000平方米;占地:平方米;占地:41004100平米;平米;最高高度:最高高度:3636。0m0m;铅芯多层橡胶隔震器;铅芯多层橡胶隔震器6868个,多层橡胶隔震器个,多层橡胶隔震器8181个。个。第六章第六章 结构振动控制结构振
9、动控制 6.1结构振动控制简介结构振动控制简介 中南加州大学医院在这次地震及其其后的余震中,中南加州大学医院在这次地震及其其后的余震中,6-86-8英尺高的花瓶英尺高的花瓶等没有一个掉下来,建筑物内的各种机器等均未损坏,医院功能得到维等没有一个掉下来,建筑物内的各种机器等均未损坏,医院功能得到维持,成为防灾中心,起到十分重要的作用。持,成为防灾中心,起到十分重要的作用。第六章第六章 结构振动控制结构振动控制 6.1结构振动控制简介结构振动控制简介橄榄景医院(抗震结构)橄榄景医院(抗震结构)橄榄景医院在橄榄景医院在19711971年圣费尔年圣费尔南多地震中受到较大损害,南多地震中受到较大损害,1
10、010年年后重建,并增加了抗震强度。后重建,并增加了抗震强度。在此次地震中,剪力墙产生在此次地震中,剪力墙产生剪切裂缝,设备机器、医疗机械剪切裂缝,设备机器、医疗机械及家具等翻倒,病历等资料掉下、及家具等翻倒,病历等资料掉下、散乱。而且水管破裂,各层浸水,散乱。而且水管破裂,各层浸水,建筑物不能使用,完全丧失了医建筑物不能使用,完全丧失了医院的功能。院的功能。一九九四年九月十六日,台湾海峡发生了一九九四年九月十六日,台湾海峡发生了7.3级地震,震源距离级地震,震源距离汕头市约汕头市约200公里,汕头市烈度为公里,汕头市烈度为6度,各类房屋摇晃厉害,居民惊度,各类房屋摇晃厉害,居民惊惶失措,水桶
11、里的水溅出了惶失措,水桶里的水溅出了1/3左右左右而陵海路隔震楼上的人并没而陵海路隔震楼上的人并没有感到晃动,听到毗邻楼房和邻街喧闹声后下楼才知道发生了地震。有感到晃动,听到毗邻楼房和邻街喧闹声后下楼才知道发生了地震。第六章第六章 结构振动控制结构振动控制 6.1结构振动控制简介结构振动控制简介日本阪神大地震日本阪神大地震 一九九五年一月十七日发生了日本阪神大地震。震级7.2级,是日本战后最大地震灾害。在这次地震中,有二幢隔震结构建筑得到了地震观测记录。从这些记录可以看到隔震房屋在大地震中发挥了隔震效果,证实了隔震结构的有效性。WEST大厦(西部邮政大楼)建筑面积46000m2,6层,是日本最
12、大的隔震建筑。该建筑距震源东北35公里,在基础、l层和6层进行了地震记录观测。213263300基础基础193571061层层377751036层层上下上下南北南北东西东西地震观测地震观测位置位置方向方向第六章第六章 结构振动控制结构振动控制 6.1结构振动控制简介结构振动控制简介 隔震橡胶支座包括天然夹层橡胶支座、铅芯橡胶支座,高阻尼橡胶隔震橡胶支座包括天然夹层橡胶支座、铅芯橡胶支座,高阻尼橡胶支座等支座等。天然夹层隔震橡胶支座天然夹层隔震橡胶支座 天天然然夹夹层层橡橡胶胶支支座座构构造造如如图图所所示示。天天然然夹夹层层橡橡胶胶支支座座具具有有较较大大的的竖竖向向刚刚度度,承承受受建建筑筑
13、物物的的重重量量时时竖竖向向变变形形小小,而而水水平平刚刚度度较较小小,且且线线性性性性能能好好。由由于于天天然然夹夹层层橡橡胶胶支支座座的的阻阻尼尼很很小小,不不具具备备足足够够的的耗耗能能能能力力,所所以以在在结结构构使使用用中中一一般般同同其其它它阻阻尼尼器器或耗能设备联合使用。或耗能设备联合使用。铅芯隔震橡胶支座铅芯隔震橡胶支座 铅铅 芯芯 隔隔 震震 橡橡 胶胶 支支 座座 由由 新新 西西 兰兰 的的ROBINSON及及其其公公司司最最早早研研制制开开发发,以以后后在在中中国国、日日本本、美美国国、意意大大利利等等国国家家都都得得到了较大的发展与应用。到了较大的发展与应用。铅芯橡胶
14、支座构造如图所示。因为铅芯橡胶支座不但具有较理想的竖铅芯橡胶支座构造如图所示。因为铅芯橡胶支座不但具有较理想的竖向刚度,而且本身具有消耗地震能量的能力,故铅芯橡胶支座在结构使用向刚度,而且本身具有消耗地震能量的能力,故铅芯橡胶支座在结构使用中受到广泛欢迎。中受到广泛欢迎。第六章第六章 结构振动控制结构振动控制 6.1结构振动控制简介结构振动控制简介 下图分别是世界上第一栋采用铅芯橡胶支座隔震的建筑下图分别是世界上第一栋采用铅芯橡胶支座隔震的建筑(The William Clayton Building,New Zealand)和世界上使用铅芯橡胶支和世界上使用铅芯橡胶支座中基底面积最大的建筑座
15、中基底面积最大的建筑(日本日本)。日日本本19971997年年度度评评定定的的隔隔震震建建筑筑中中,采采用用铅铅芯芯橡橡胶胶支支座座隔隔震震房房屋屋占占总总数数的的40%40%,美美国国在在19851985年年以以后后兴兴建建的的隔隔震震房房屋屋中中,完完全全或或部部分分采采用用铅铅芯芯橡橡胶胶支支座座的的隔隔震震房房屋屋占占总总数数的的60.7%60.7%,我我国国在在已已建建成成的的隔隔震震房房屋屋中中,完完全或部分采用铅芯橡胶支座的隔震房屋占总数的全或部分采用铅芯橡胶支座的隔震房屋占总数的60%60%。第六章第六章 结构振动控制结构振动控制 6.1结构振动控制简介结构振动控制简介基底隔振
16、结构具有以下特性:基底隔振结构具有以下特性:1)、基底隔振导致剪力沿结构下部有较均匀的分布;)、基底隔振导致剪力沿结构下部有较均匀的分布;2)、高柔基底使高阶振型有较小的振型参与系数;)、高柔基底使高阶振型有较小的振型参与系数;3)、滞变阻尼器的引入,大大减小了基底位移、地震荷)、滞变阻尼器的引入,大大减小了基底位移、地震荷 载和结构变形;载和结构变形;4)、高整体柔性使第一振型周期加长,它与大阻尼一起通常)、高整体柔性使第一振型周期加长,它与大阻尼一起通常 给出较低的地震反应谱系数。给出较低的地震反应谱系数。基底隔振最适合于较短周期的结构,它能显著减小第一振型反基底隔振最适合于较短周期的结构
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