隔震技术在高烈度区剪力墙结构中的应用研究

张孝荣; 叶丽影; 曹辉林

doi:10.11899/zzfy20200208

隔震技术在高烈度区剪力墙结构中的应用研究

doi: 10.11899/zzfy20200208

中国人民大学校园建设管理处, 北京 100872

基金项目:

国家科技重点研发计划 2017YFB1201104-02

详细信息

作者简介:
张孝荣, 男, 生于1971年。高级工程师。主要从事工程管理工作。E-mail:20170121@ruc.edu.cn

通讯作者:
曹辉林, 男, 生于1981年。工程师。主要从事项目管理工作。E-mail:huilincao@ruc.edu.cn

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出版历程
- 收稿日期: 2020-01-24
- 刊出日期: 2020-06-20

Application Study of Seismic Isolation Design on A Shear Wall Structure in High Intensity Area

Campus Construction Administration Department of Renmin University of China, Beijing 100872, China

摘要

摘要: 对于近断层处高烈度区高层剪力墙结构，传统设计难以解决墙体太厚、配筋太大等难题。为研究在考虑近断层影响下高烈度区剪力墙住宅采用隔震设计的技术可行性，采用隔震设计对某剪力墙结构工程进行全面分析。对比分析常规剪力墙结构方案及增设橡胶隔震支座的隔震方案，分析结果表明，隔震方案较常规方案前3阶结构自振周期延长约3倍，从而有效减小了上部结构的地震作用；在设防烈度地震作用下，结构水平向减震系数为0.281，上部结构所受水平地震作用和抗震措施可按降低一度进行设计；罕遇地震作用下隔震支座性能稳定，上部结构基本处于弹性工作状态。研究结论可为隔震支座设计和进一步研究提供参考。
- 高层建筑 /
- 隔震技术 /
- 橡胶支座 /
- 时程分析
Abstract: For the high-rise shear wall structure with high intensity near the fault, the traditional design is difficult to solve such problems as "the wall is too thick and the reinforcement is too big". In order to study the technical feasibility of adopting seismic isolation design for shear wall structures in high intensity area considering the influence of fault, a comprehensive analysis and comparison were made on the seismic isolation design of a shear wall structure project. Through the comparative analysis of the conventional frame structure scheme and the isolation scheme with rubber isolation support, the isolation scheme extends the first three order period of the structure by over 2.7 times under the action of earthquake. And it can effectively reduce the seismic action of the structure. Under the seismic fortification intensity, the horizontal damping coefficient of the structure is 0.281. The horizontal seismic action and the seismic measures of the superstructure can be reduced by one degree. Under the action of rare earthquake, the performance of isolation support is stable and the superstructure is in elastic working state. The results can provide reference for the design and further research of isolation bearing.
- High-rise buildings /
- Isolation technology /
- Rubber bearing /
- Time history analysis

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图 1 隔震原理示意

Figure 1. Principle of isolation

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图 2 芦山县人民医院

Figure 2. Lushan county people's hospital

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图 3 凯德风尚小区

Figure 3. Chengdu kaide fashion community

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图 4 橡胶支座

Figure 4. Rubber bearing

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图 5 常规设计方案下结构平面布置图

Figure 5. Layout of structure under conventional design scheme

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图 6 PKPM模型

Figure 6. PKPM model

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图 7 隔震支座平面布置图

Figure 7. Isolation bearing layout plan

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图 8 非隔震ETABS结构模型

Figure 8. Non-isolated ETABS model

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图 9 非隔震上部结构平面图

Figure 9. Non-isolated superstructure plan

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图 10 隔震结构隔震层平面图

Figure 10. Plan of isolation layer

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图 11 隔震结构隔震层剖面图

Figure 11. Section of isolation layer

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图 12 铅芯橡胶支座滞回曲线

Figure 12. Hysteretic curve of rubber bearing

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图 13 铅芯橡胶支座双折线模型

Figure 13. Double-fold line model

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图 14 加速度反应谱对比曲线

Figure 14. Acceleration response spectrum comparison curves

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图 15 x向层间位移角曲线

Figure 15. X-directional floor displacement angle curves

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图 16 y向层间位移角曲线

Figure 16. Y-directional floor displacement angle curves

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图 17 罕遇地震作用工况下结构层间位移角

Figure 17. The displacement angle between the layers of structures under the condition of rare earthquake

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图 18 重力作用下支座压应力分布

Figure 18. Distribution of bearing compressive stress under gravity load

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表 1 隔震支座参数

Table 1. Isolation bearing parameters

阻尼器型号	竖向刚度/kN·mm^-1	等效水平刚度/kN·mm^-1	支座直径/mm	屈服前刚度/kN·mm^-1	屈服后刚度/kN·mm^-1	屈服力/kN	支座总高度/mm
LRB1000	4252	2.76	1000	14.64	1.54	267	370	28
LNB1000	3200	1.59	1000	—	—	—	370	15

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表 2 前3阶振型周期对比

Table 2. Periodic comparison of the first three modes

振型	非隔震结构/s					ETABS隔震/s	周期放大系数
振型	SATWE	有效质量系数(X+Y+Z)/%	ETABS	有效质量系数(X+Y+Z)/%	周期误差/%	ETABS隔震/s	周期放大系数
1	0.791	60+14+0	0.818	65+12+0	3.41	2.835	3.58
2	0.785	17+55+0	0.761	14+61+0	3.06	2.692	3.43
3	0.764	0+0+72	0.697	0+0+68	8.77	2.086	2.73

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表 3 结构基底剪力对比

Table 3. Comparison table of bottom shear force of structure

工况	反应谱分析结果/kN	时程分析结果/kN	差值/%
非隔震模型(x向)	9832	9395	-4.44
非隔震模型(y向)	10704	10252	-4.22
隔震模型(x向)	17938	17052	-4.94
隔震模型(y向)	19420	18120	-6.69

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表 4 偏心率计算结果

Table 4. Results of eccentricity

项目	重心/m	刚心/m	偏心距/m	抗扭刚度/kN·m^-1	回转半径/m	偏心率/%
x向	31.02	31.27	0.25	9.133×10⁷	20.28	1.2
y向	13.69	13.49	0.20	9.133×10⁷	20.28	1.0

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表 5 非隔震结构与隔震结构层间剪力及倾覆弯矩

Table 5. Comparison table of bottom shear force of structure

楼层	层间剪力Vx			层间剪力Vy			倾覆弯矩Mx			倾覆弯矩My			最大值
楼层	非隔震	隔震	比值	非隔震	隔震	比值	非隔震	隔震	比值	非隔震	隔震	比值	最大值
18	6461	1529	0.237	6455	1543	0.239	16697	3979	0.238	16685	3956	0.237	0.239
17	12271	2900	0.236	12168	2994	0.246	50282	12213	0.243	50567	11933	0.236	0.246
16	16970	4093	0.241	16814	4253	0.253	97692	24095	0.247	98390	23425	0.238	0.253
15	21038	5168	0.246	20747	5239	0.253	155893	38993	0.250	156922	38043	0.242	0.253
14	24481	6119	0.250	23947	6104	0.255	222857	56410	0.253	225053	55415	0.246	0.255
13	27237	6884	0.253	26761	6970	0.260	298040	76292	0.256	302368	74924	0.248	0.260
12	29435	7562	0.257	29048	7776	0.268	378482	98465	0.260	385318	96375	0.250	0.268
11	31448	8245	0.262	30931	8300	0.268	463211	122122	0.264	472297	119968	0.254	0.268
10	33188	8757	0.264	32590	8538	0.262	553200	146497	0.265	563903	145050	0.257	0.265
9	34645	8978	0.259	33905	8855	0.261	646886	171643	0.265	658340	170647	0.259	0.265
8	36352	9180	0.253	35240	9427	0.267	742136	200564	0.270	753707	196565	0.261	0.270
7	38453	9633	0.251	36490	9959	0.273	838940	225472	0.269	855000	223425	0.261	0.273
6	40640	10000	0.246	38111	9914	0.260	935047	252793	0.270	959786	250982	0.261	0.270
5	42978	9961	0.232	40130	9698	0.242	1030607	279590	0.271	1065000	278765	0.262	0.271
4	44890	9908	0.221	42263	9905	0.234	1131750	306365	0.271	1170965	305540	0.261	0.271
3	46700	10358	0.222	44219	10943	0.247	1235036	335100	0.271	1279286	332732	0.260	0.271
2	48190	11257	0.234	46028	12210	0.265	1342393	377080	0.281	1393178	361703	0.260	0.281
1	49145	11743	0.239	47418	12722	0.268	1475250	395410	0.268	1535036	396836	0.259	0.268

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表 6 罕遇地震作用下支座最大压应力和最小压应力(MPa)

Table 6. Maximum and minimum compressive stress of bearing under rare earthquake (MPa)

地震波	T1	T2	T3	T4	T5	R1	R2	最值
最大压应力	-15.46	-14.03	-14.72	-15.28	-16.22	-16.56	-15.95	-16.56
平均压应力	-9.96	-8.93	-9.71	-9.78	-9.85	-10.04	-9.97	-10.04
最大拉应力	0.32	0.23	0.24	0.19	0.25	0.24	0.23	0.32

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表 7 罕遇地震作用下x、y向作为主方向输入地震波时隔震层支座位移(mm)

Table 7. The support displacement of time-isolation layer in X and Y directions (mm)

地震方向	比较项	x向位移	y向位移	合位移	位移容许值
x向	最大值	270	220	348	550
x向	最小值	260	211	335	550
y向	最大值	218	267	345	550
y向	最小值	214	262	338	550

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参考文献(12)

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