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唐山網(wǎng)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(shù)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(shù)來實現(xiàn)的。水平向減震系數(shù)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(shù)φ取層間剪力比最大值1/0.7倍，且不宜低于0.25。

1.2 隔震層的設計

　　隔震層的設計應根據(jù)預期的水平向減震系數(shù)和位移控制要求，選擇適當?shù)母粽鹬ё�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(xiàn)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(shù)，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(zhì)點模型，根據(jù)單質(zhì)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(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(chǎn)生較大的位移而不安全。

　　式中Dk為近場系數(shù);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。