隔震结构与减震结构与传统结构抗震设计(完全版)
建筑结构隔震与减震设计问题及对策分析
建筑结构隔震与减震设计问题及对策分析地震是极为严重的一种地质灾害，具有极强的破坏力，会严重威胁人民的生命和财产安全。
近些年来随着经济水平的不断提高发展，建筑物的规模不断增大就导致建筑物在设计过程中越来越重视防震效果。
地震来临时，大地的震动会沿着楼层高度自上而下递增，会对建筑物的主体结构造成损害，进而对人民的生命财产安全造成损害，建筑物的减震和抗震设计对建筑物的主体结构具有重要意义。
本文就针对建筑物结构抗震和减震中的一些问题和解决对策进行一定的分析。
标签：建筑结构;隔震与减震设计问题;对策引言：随着目前建筑物高度的不断增加，对于高层建筑物的抗震技术的研究越来越重要。
在高层建筑物的设计过程中充分考虑所设计建筑本身的隔震与减震功能。
采取有效措施抵抗低强度地震也是目前建筑物设计过程中的重点问题，这对建筑物的安全性和稳定性具有重要影响。
目前建筑物的设计过程中仍然存在着很多问题，所以建筑物设计师在设计过程中要对现存问题进行解决，并且提出有效地解决对策。
基于此，笔者提出了以下见解。
1、建筑结构隔震与减震设计问题（1）目前所使用的隔震与减震设计稳定性差根据对我国建筑物目前所使用的抗震设计进行调查显示，我国国内目前所主要使用的为传统土木、混凝土机构的抗震设计。
这样抗震设计的原理就是利用建筑物结构之间的各个构件的承载力和变形能力抵御地震，吸收地震的能量。
这样的抗震结构在短期来看是没有问题的，但是这种抗震结构无法长期运行。
地震所带来的过大的加速度和空间范围的不断变形就容易使建筑物内部发生破坏，混凝土出现裂缝，使得建筑物原有减震抗震的效果受到影响，并且后期维修费用也很巨大。
并且对于这种建筑设计中的隔震效果也甚微，地震对建筑物带来的巨大冲击力使得建筑物上层建筑受到的水平力小于一般建筑，所以隔震层上部的建筑结构不会受到很大影响。
传统的隔震与减震设计的稳定性和安全性较差，难以适应现今发展的需要。
（2）建筑物后期维护工作不足任何事物在建造结束后都需要进行定期的维护工作才能保证各项功能的正常平稳运行。
建筑结构减震隔震设计方案PPT教案
；
③隔震墙下隔震支座的间距不宜大于2.0m； ④外露的预埋件应有可靠的防锈措施。预埋件的锚固钢筋应与钢板 牢固连接，锚固钢筋的锚固长度宜大于20倍锚固钢筋直径，且不应 小于250mm等。
由于目前的橡胶隔震支座对竖向地震几乎没有减震效果，因此 ，须在隔震建筑设计时考虑这一因素。主要是在隔震层以上结构和 隔震层设计中考虑这一因素。
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8.2.4 隔震结构构造要求
(1) 隔震层应提供必要的竖向承载力、侧向刚度和阻尼；穿过隔震 层的设备配管、配线，应采用柔性连接或其他有效措施适应隔 震层的罕遇地震水平位移。
第22页/共25页
8.4背景知识 工程结构减震控制包括隔震、消能减震和各种被动控制、主动
控制、混合控制等内容。传统的抗震结构体系是通过“加强结构” 的途径来提高结构的抗震能力，但结构减震控制体系则是通过调整 结构动力特性的途径，大大减小了结构在地震（或强风）中的振动 反应，从而保护结构以及结构内部的设备、仪器、网络和装饰物等 不受任何损害。这是一种采用新概念、新机理的新结构体系、新理 论和新技术方法。在很多情况下，它更加安全和经济，它为工程结 构的地震防护、减振抗风提供了一条崭新的途径，日益引起国内外 学术界、工程界的兴趣和重视。目前，这个新领域仍处于不断发展 和完善的阶段，随着技术的成熟和现代化社会的发展，工程结构减 震控制技术将会越来越广泛地被应用，将取得显著的社会效益和经 济效益。
U型软钢板
滚珠或滚轴
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8.2.3 基础隔震结构设计
隔震结构与减震结构与传统结构抗震设计(完全版)ppt课件
,隔震层的总刚度为53504KN/m。每个GZY400隔震支座受到水平剪力为218.22KN。
10
最大加速度
m10/ .s62.8 隔震结构时程分析验算
1．分析模型
上 部 结 构
隔 震 层
地震波 ART EL CENTRO ART HACHINOHE
ART KOBE
力。根据抗震规范相应要求，丙类建筑隔震支座平均应力限制不应大于15MPa，由此 确定每个支座的直径（隔震装置平面布置图如图10.10所示，即各柱底部分别安置橡胶 支座）。
图10.10 隔震支座布置图
5
1.确定轴向力 竖向地震作用
Fevk vG
柱底轴力设计值
N 1.2 (恒载 0.5 活载）1.3 竖向地震作用 53608 .25kN
图10.11 隔震结构时程分析模型 2．输入地震波
本工程8度(0.15g)设防，时程分析所用地震加速度时程曲线的最大值取为：
多遇地震1.10 m / s2
罕遇地震5.10m / s2
输入地震波如表10.7： 表10.7时程分析地震波参数
相位特性
时间间隔 (s)
EL CENTRO 1940 NS HACHINOHE 1969 EW JMA KOBE 1995 NS
Kh K j 2.092 44 92.048kN/ mm
由式(10.3)
eg
K j j 44 2.092 0.292 0.292
Kh
92.048
6
。
由式(10.1)
T1 2
G Khg
1.27S
5Tg
5 0.4 2.0s
。
2
1
0.05 eg 0.06 1.7eg
简述建筑物的抗震设防分类的类别
简述建筑物的抗震设防分类的类别建筑物的抗震设防分类的类别：一、按照抗震性能等级划分1.一级抗震设防：适用于重要的公共设施、重要的政府办公楼、重要的文化教育设施等，要求在一定的地震作用下，建筑物能够不受损或仅出现轻微损坏，保证人员的安全疏散和设备的正常运行。
2.二级抗震设防：适用于一般的居住建筑、一般的商业办公楼、一般的学校和医院等，要求在较大地震作用下，建筑物能够保持完整性，避免倒塌，确保人员的安全撤离。
3.三级抗震设防：适用于一般的工业厂房、一般的农业建筑和一般的仓库等，要求在中等强度的地震作用下，建筑物能够承受一定程度的破坏，但不会发生全面倒塌，保证人员的安全和财产的损失控制在可接受的范围内。
4.四级抗震设防：适用于较低的经济价值的建筑物，要求在一定的地震作用下，建筑物能够承受一定程度的破坏，但不会对人员安全和周围环境造成重大影响。
二、按照抗震设计方法划分1.传统抗震设计：采用传统的抗震设计方法，如强度折减法、刚度折减法等，通过增加结构的强度和刚度来提高建筑物的抗震能力。
2.基于性能的抗震设计：基于性能的抗震设计方法注重建筑物在地震作用下的位移、变形和能量耗散等性能指标，通过灵活的结构形式和合理的材料选择来满足这些性能要求。
3.隔震抗震设计：采用隔震装置将建筑物与地基隔离，减小地震对建筑物的影响。
常见的隔震装置有橡胶隔震支座、钢球隔震装置等。
4.减震抗震设计：采用减震装置来减小地震对建筑物的影响，常见的减震装置有摩擦减震器、液体阻尼器等。
三、按照抗震措施划分1.结构抗震：通过合理的结构形式、布局和构造设计来提高建筑物的抗震能力，如采用框架结构、剪力墙结构、筒状结构等。
2.材料抗震：选用抗震性能较好的材料，如高强度混凝土、高强度钢材等，来提高建筑物的抗震能力。
3.降低质量：通过减小建筑物的自重，降低地震作用下的惯性力，提高建筑物的抗震能力。
4.加固改造：对现有的建筑物进行加固改造，提高其抗震能力，如增加剪力墙、加装钢筋混凝土框架等。
10.1 结构隔震与消能减震设计基础知识
概述
结构隔震与消能减震设计基础知识
• 10.1 结构隔震概念 • 10.2 结构消能减震概念
结构隔震概念
结构基础隔震体系是在上部结构物底部与基础顶面（或底部柱顶）之间设置隔震层而形成的 结构体系，隔震装置多采用橡胶隔震支座，具有很强的垂直支持力和水平方向保持橡胶柔性 的特点。 较大程度地减少了上部结构的地震作用，其变形集中在隔震层，上部结构基本上呈现刚体运 动的特点
抗震结构
隔震结构
楼层
位移
结构隔震概念
• 隔震结构的减震机理
典型地震动的卓越周期约为0.1-1.0s，自振周期为0.1-1.0s的中低层结构在地震 时容易发生共振而遭受破坏。隔震系统通过减少结构刚度使得结构自振周期 增大（通常大于2s），从而避开地震动卓越周期，较大程度地减少了上部结 构的地震作用，从而达到隔震的目的。 隔震结构通过延长结构的自振周期，减少作用在上部结构的地震作用，但隔 震层的位移会显著增大
第十章 结构隔震与消能减震设计基础
知识
概述
如何抗震？
1. 地震作用的计算
抗力>地震作用
2. 结构分析
3. 抗震设计要点——概 念设计与构造措施
保证强度、变形能力； 考虑常遇地震、罕遇地 震情况。
抗震新技术
传统的抗震方法——提 高强度，增加刚度
减少结构的地震 输入； 防止局部地震作 用放大。
新技术——着眼于减少 地震作用
结构隔震概念
规范反应谱
1994年北岭地震记录 相当于三类场地 加速度峰值35gal
结构隔震概念
• 隔震层系统的特性
（1）承载特性：竖向强度、刚度； （2）隔震特性：正常使用时保持 弹性，中强地震时为柔性； （3）复位特性：震后回复到初始 状态 （4）耗能特性：具有较大的阻尼， 地震时耗散能量
浅析建筑结构隔震和减震措施
浅析建筑结构隔震和减震措施摘要：在社会发展的过程当中，建筑整体的结构设计越来越重视抗震，其中抗震又分为隔震和减震。
有效的抗震结构设计，可以保障建筑在遇到地震的过程当中，保持良好的稳定性，进而也就可以保障人们的安全。
目前在隔震和减震结构设计当中，有较多的方法和技术可以选择。
实际根据不同的建筑施工需求来合理选择和使用相应的结构设计方案。
这样可以有效保障建筑整体的结构稳定性。
关键词：建筑结构；隔震和减震；技术应用引言地震对建筑物的破坏，多数是由于地面的振动频率与建筑物主要结构构件的自然频率相偶合所致，在现代建筑设计中会考虑到抗震设计,来保证建筑结构安全。
建筑整体安全、抗震性能是设计过程中的重中之重，就目前来说隔震减震是减轻地震对建筑结构造成危害的最有效的手段。
隔震减震技术正在被广泛用以提升抗震能力,减少强震作用造成的地震反应，增加建筑结构的使用寿命。
1.建筑结构的隔震技术以及减震技术1.1建筑结构的减震技术通常情况下，建筑减震可以通过巧妙利用地震能量和建筑阻尼之间的内在联系实现。
如果增加建筑阻尼，可以在很大程度上消耗地震能量，基本上减震措施的基本出发点是使建筑阻尼增加，从而达到消耗地震能量的目的，减轻甚至避免地震对于建筑主体结构的破坏。
针对一些相关的布置问题，比如设置消能部件的个数、设置消能部件的位置等，都应该进行仔细的分析以及计算。
一般情况下，消能构件都是设置在结构的2个主轴方向上，这样可以使两个方向的刚度以及阻尼增加。
也可以将消能结构放置在变形较大的结构位置上，这样可以均衡整个建筑结构的阻尼分布，更容易分散地震能量，使整个建筑物的抗震性能大大提高，确保整个建筑物的安全性。
1.2建筑结构的隔震技术隔震措施往往会有一定的时间限制，因此建筑的隔震设计应该抢在建筑工程正式开工前，最晚也不能拖到建筑工程施工的时候再针对一些关键的部位设计隔震措施。
隔震措施设计时应该选择恰当的部位，一般都是选择建筑的关键部位以及基础部位。
《建筑结构抗震设计》全套课件
《建筑结构抗震设计》全套课件第一部分：建筑抗震设计概述一、引言随着城市化进程的加快，高层建筑和大型公共设施日益增多，建筑结构抗震设计显得尤为重要。
地震是一种破坏性极强的自然灾害，对建筑结构的影响巨大。
因此，如何设计出能够抵御地震影响的建筑结构，是建筑设计师和工程师们必须面对的挑战。
二、抗震设计的基本概念抗震设计是指根据建筑所在地区的地震烈度、地质条件、建筑类型和用途等因素，通过合理的结构设计、材料选择和施工工艺，使建筑结构在地震发生时能够保持稳定，避免或减少人员伤亡和财产损失。
三、抗震设计的原则1. 以预防为主：在设计阶段就应充分考虑地震因素的影响，采取有效的抗震措施，而不是等到地震发生后才进行补救。
3. 材料选择：应选择具有良好抗震性能的材料，如钢筋、混凝土等。
4. 施工质量：施工质量直接影响到建筑结构的抗震性能，必须严格按照设计要求和施工规范进行施工。
四、抗震设计的步骤1. 地震烈度评估：根据建筑所在地区的地震活动历史和地质条件，评估地震烈度。
2. 结构设计：根据地震烈度、建筑类型和用途等因素，进行结构设计，包括结构体系、构件截面尺寸、材料选择等。
3. 抗震措施：采取有效的抗震措施，如设置防震缝、增加支撑体系、采用减震隔震技术等。
4. 施工质量控制：严格控制施工质量，确保结构设计的实现。
五、抗震设计的未来发展通过本课件的学习，希望同学们能够掌握建筑结构抗震设计的基本概念、原则和步骤，为未来的建筑设计工作打下坚实的基础。
六、抗震设计的具体方法1. 静力设计法：这是一种传统的抗震设计方法，主要考虑建筑结构在地震作用下的静力平衡。
设计时，需要计算结构在地震作用下的内力和变形，并确保结构具有足够的强度和刚度。
2. 动力设计法：这种方法考虑了地震作用的动力效应，通过计算结构的动力响应来评估其抗震性能。
动力设计法需要考虑地震动的频谱特性、结构的自振频率和阻尼比等因素。
3. 基于性能的抗震设计：这种方法以建筑结构的性能目标为导向，通过选择合适的性能指标和抗震措施，确保结构在地震发生时能够达到预定的性能要求。
隔震减震
• 隔震房屋和抗震房屋设计理念对比
抗震房屋 结构体系 科学思想 方法措施 上部结构和基础牢牢连接 隔震房屋 消弱上部结构与基础的有关 连接
提高结构自身的抗震能力 隔离地震能量向结构的输入 强化结构刚度和延性 滤波
隔震（2）
• 结构隔震体系的基本特征
a、足够的竖向承载力 b、隔震特性（一般可使结构水平地震作用降低至60%左右） c、复位特性 d、阻尼消能特性 e、隔震结构体系能有效保护上部结构，因此在各种生命线工 程、商场、精密仪器室等重要建筑中得到了广泛的应用。
• 混合控制从其组合方式来分：
主从组合方式、并列组合方式 典型的混合控制装置有： AMD与TMD相结合、AMD 与TLD相结合、 主动控制与基础隔震相结合、主动控制与耗能减震相结合、液压－质 量振动控制系统（HMS）与AMD相结合 back
隔震（1）
• 概念
即“隔离地震”，在建筑物基础上与上部结构之间以及 上部建筑层间设置由隔震器、阻尼器等组成的隔震层， 隔离地震能量向上部传递，减少输入到上部结构的地震 能量，降低上部结构的地震反应，达到预期的防震要求。 分类：基础隔震和层间隔震
• 按是否需要外部能量分为:
主动控制（AMD）、被动控制（PMD）、半主动控制、混合控制
（主动控制效果明显，但控制机构复杂，需要外加能源，控制系统的可靠性低； 而被动控制技术是较早得到发展和应用的工程减震技术，构造简单，不需要外 界能源输入能量，由控制机构隔离地震作用和消耗能量，达到减小结构地震反 应的目的，如隔震、耗能减震和吸振减震等。混合控制是将主动控制与被动控 制同时施加在同一结构上的结构振动控制形式）
• 减震效果 40％～60％，可同时减少结构水平和竖向地震反应 • 经济性：节约造价3％～10％ • 分类：阻尼减震、吸能减震、冲击减震
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Tg 0.4s
。 由式(10.2)
Kh K j 1.216 44 53.504kN / mm
由式(10.3)
eg
K
j
j
Kh
由式(10.1)
44 1.216 0.131 0.131 53.504
G T1 2 1.66s K g 0.05 h eg 0.05 0.131 2 1 1 0.71 0.06 1.7 eg 0.06 1.7 0.131
0.83
0.71 1.20 0.261
uc
s1 ( eq )G
Kh
0.179m 179m m
i 1.15
3.水平位移验算（验算最不利支座） 本工程隔震层无偏心，对边支座
。 由式(10.11)
ui iuc 1.15179mm 205.85mm
ui 220mm
项目
EL HA KO EL HA KO EL HA KO EL HA KO
注：加速度时程曲线最大值
1.1m / s 2
。
通过结构隔震与非隔震两种情况下各层最大层间剪力的分析对比确定隔震结构的水平向减震系数， 计算结果见表10.9： 非隔震剪力 隔震剪力 (kN ) 表10.9 水平向减震系数计算
层次 波形 EL 5 HA KO EL 4 HA KO EL 3 HA KO EL 2 HA KO EL 1 HA KO 290.1 321.பைடு நூலகம் 414.2 568.8 621.0 808.3 805.1 902.6 1138.5 998.1 1153.2 1385.9 1191.7 1471.8 1587.2 1217.0 1268.0 1324.0 2219.0 2397.0 2306.0 2912.0 3345.0 2835.0 3036.0 4173.0 3720.0 3334.0 4583.0 4436.0 剪力比值 0.238 0.254 0.313 0.256 0.259 0.350 0.276 0.270 0.402 0.329 0.276 0.373 0.357 0.321 0.358 0.345 0.323 0.316 0.345 0.289 0.268 平均值 最大值
层间位移 (mm)
0.64 1.31 2.00 2.70 3.00
层高 (mm)
3600 3600 3600 3600 3600
层间位移角 1/5650 1/2752 1/1799 1/1336 1/1207
限值
1/550
由表10.6可知，上部结构满足抗震设计要求。
10.6.6 隔震层水平位移验算 罕遇地震时，采用隔震支座剪切变形不小于250%时的剪切刚度和等效粘滞阻尼比。 1.计算隔震层偏心距 e 本结构和隔震装置对称布置，偏心距 e =0。 2.隔震层质心处的水平位移计算 根据场地条件，特征周期为
即水平向减震系数满足预期效果。 10.6.5 上部结构计算 1.水平地震作用标准值 非隔震结构水平地震影响系数 g 2 max 1
T 0 T
0.40 1.0 0.24 0.216 0 . 45
0.9
由式(10.8)
Fek 0Geq 0.37 0.216 25317 .8 2023 .4kN
表10.7时程分析地震波参数 相位特性 EL CENTRO 1940 NS HACHINOHE 1969 EW JMA KOBE 1995 NS 时间间隔 (s) 0.01 0.01 0.01 时长 (s) 82 163.84 163.8 419.0 392.62 394 峰值时刻 (s) 2.22 17.3 5.56
由式(10.1)
T1 2
G 1.27S 5Tg 5 0.4 2.0s Kh g
。
2 1
0.05 eg 0.06 1.7eg 0.05 eg 0.5 5eg
0.57
0.9
0.78
由式(10.6)
22 (Tg / T1 ) (T0 / Tg )0.9 0.37 0.5
图10.9 框架平面柱网布置图 表10.3 上部结构重量及侧移刚度
层号 1 2 3 4 5 重力荷载代表值(KN) 6095.78 6095.78 6095.78 5897.86 5600.45 侧移刚度（KN/mm） 678 597 597 597 597
• • • • • • • • • • • • •
图10.10 隔震支座布置图
1.确定轴向力 竖向地震作用
Fevk vG
柱底轴力设计值
N 1.2 (恒载 0.5 活载） 1.3 竖向地震作用 53608 .25kN
中柱柱底轴力
N中 1546 .39kN
边柱柱底轴力
N边 1134 .02kN
2.确定隔震支座类型及数目 中柱支座：GZY400型，竖向承载力1884KN，共22个。 边柱支座：GZY400型，竖向承载力1884KN，共22个。 其支座型号及参数如表10.4。
由表10.8可知，结构在隔震与非隔震两种情况下各层最大层间剪力比值为0.345。 因本工程水平向减震系数设计为0.5。按本章节表10.2规定，水平向减震系数为0.5时， 层间剪力最大比值为0.35。而表10.8中，其值0.345未超过层间剪力比限值，因而认为 该隔震结构满足水平向减震系数要求。 隔震后上部结构层间角位移见下表10.10： 表10.10 隔震后上部结构层间位移角
地震波 ART EL CENTRO ART HACHINOHE ART KOBE
2 mm ( m kN /) s) ( m / s )
位移 速度 加速度 层间剪力
3． 时程分析结果 采用时程分析程序进行结构在多遇地震下结构隔震与非隔震的时程分析，以及在罕遇地震 下隔震结构的位移反应时程分析。 多遇地震下时程分析计算结果如表10.8： 表10.8 多遇地震时程分析的主要计算结果
验算支座GZY400
ui 205.85mm [ui ] 220mm
故支座变形满足要求。 10.6.7 隔震层下部计算 各隔震支座的剪力按水平刚度分配。隔震层在罕遇地震作用下的水平剪力计算为
Vc s1 ( )G 9601 .49kN
,隔震层的总刚度为53504KN/m。每个GZY400隔震支座受到水平剪力为218.22KN。
非隔震结构 隔震结构 4 层 2219 2397 2306 2.41 1.99 2.27 0.18 0.20 0.20 17.23 22.98 19.80 5 层 1217 1268 1324 2.58 2.42 2.23 0.20 0.22 0.23 19.13 24.81 21.30 隔震 层 1403.2 1834.6 1775.6 1.12 1.41 1.31 0.12 0.15 0.14 23.78 31.09 30.09 1 层 1191.7 1471.8 1587.2 1.10 1.52 1.38 0.13 0.16 0.16 26.52 34.48 33.69 2 层 998.1 1153.2 1385.9 1.13 1.57 1.45 0.14 0.19 0.17 29.08 37.44 37.23 3 层 805.1 902.6 1138.5 1.21 1.56 1.53 0.15 0.20 0.18 31.02 39.51 40.09 4 层 568.8 621.0 808.3 1.27 1.53 1.55 0.16 0.22 0.19 32.30 40.78 42.10 5 层 290.1 321.5 414.2 1.31 1.50 1.60 0.16 0.23 0.20 32.92 41.36 43.15 波形 1 层 3334 4583 4436 1.21 1.13 1.34 0.06 0.06 0.06 4.92 6.76 6.54 2 层 3036 4173 3720 1.87 1.72 2.15 0.10 0.12 0.13 9.85 13.75 12.77 3 层 2912 3345 2835 2.13 1.97 2.46 0.14 0.17 0.17 13.69 19.24 17.12
计算层间剪力标准值,其结果见表10.5。
表10.5 上部结构层间剪力标准值
层数 5 4 3 2 1
Gi / kN
5600.45 5897.86 6095.78 6095.78 6095.78
G
i
/kN
Fek /kN
Fi
/kN
Vi /kN
380.45 781.10 1195.20 1609.30 2023.40
10.6.4 水平向减震系数 的计算 多遇地震时，采用隔震支座剪切变形为50%的水平刚度和等效粘滞阻尼比。 由式(10.2)
Kh K j 2.092 44 92.048kN / mm
由式(10.3)
eg
。
K j j
Kh
44 2.092 0.292 0.292 92.048
隔震结构与减震结构与传统结构抗 震设计
• 隔震案例 • 减震案例 • 隔震结构与减震结构的特点及与传统结构 抗震设计的区别
隔震结构的案例
• 10.6 隔震结构工程设计实例 • 10.6.1工程概况 • 某中学教学楼，地上5层，每层高度皆为3.6m，总高18m， 隔震支座设置于基础顶部。上部结构为全现浇钢筋混凝土 框架结构，楼盖为普通梁板体系，基础采用肋梁式筏板基 础。丙类建筑，设防烈度8度，设计基本加速度0.15g，场 地类别Ⅱ类，地震分组第一组，不考虑近场影响。 • 根据现行《中小学建筑设计规范》、《混凝土结构设计规 范》、《建筑结构荷载规范》、《建筑抗震设计规范》相 关规定对上部结构进行设计，其结构柱网布置如图10.9所 示，各层的重量及侧移刚度如表10.3所示。