巴彦淖尔网架结构隔震球铰支座结构设计方法

1 隔震结构分布设计

　　《规范》中采用分部设计方法和水平向减震系数这两个概念来考虑隔震结构。隔震结构分部设计法是将隔震体系分为上部结构、隔震层、下部结构以及基础四个部分[4]。

1.1 上部结构设计

　　上部结构的设计是利用水平向减震系数来实现的。水平向减震系数定义为设防烈度下，结构隔震与非隔震时各层层间剪力比的最大值，它代表了采用隔震设计时的减震效果。

　　式中ψ为剪力比的最大值;Qgi、Qi分别为设防烈度下结构隔震与非隔震时第i层的层间剪力。

　　为提高抗震设防目标，设计时水平向减震系数φ取层间剪力比最大值1/0.7倍，且不宜低于0.25。

1.2 隔震层的设计

　　隔震层的设计应根据预期的水平向减震系数和位移控制要求，选择适当的隔震支座以及为抵抗地震微震动与风荷载提供的部件组成隔震层。隔震层的平面布置应对称，并设置在受力较大的位置。

　　隔震层的验算包括竖向的承载能力和水平向的位移。《规范》规定：隔震支座永久荷载和可变荷载组合的竖向平均压应力设计值：甲类建筑不应超过10MPa，乙类建筑不应超过12MPa，丙类建筑不应超过15MPa，且支座中不宜出现拉应力。隔震支座在罕遇地震下水平位移，应符合下列要求：

1.3 下部结构及地基基础设计

　　下部结构墙、柱地震作用和抗震验算，应采用罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩进行计算。隔震建筑地基基础的抗震验算和地基处理仍应按本地区抗震设防烈度进行。

2 隔震结构概念设计

　　隔震结构概念设计主要包括两个方面，隔震层刚度的设计和上部结构强度的设计。

2.1 隔震层刚度的设计

　　隔震层总体刚度范围的估计是隔震概念设计中最重要的方面。在确定隔震层的总体刚度范围以后，才可以选用合适的隔震支座，估计结构反应的其它参数，继而进行隔震层和上部结构的初步设计。隔震建筑可简化成单质点模型，根据单质点模型将隔震结构加速度反应衰减比η表达成：

　　式中Xs为结构加速度反应;Xg为地面加速度输入;ω为场地特征频率;ωn为隔震结构的固有频率。

　　根据式(4.4)可以估算出隔震层总体刚度的上限值，超过该值将达不到所要求的隔震效果，而总体刚度的下限值由(4.5)式估算，小于此下限值时，隔震层会因刚度太小产生较大的位移而不安全。

　　式中Dk为近场系数;Fek为结构总水平地震作用标准值;uh为隔震层允许的水平位移。

2.2 上部结构强度的设计

　　隔震建筑上部结构概念设计与抗震结构基本上相同，应避免应力集中，选择有利房型，设立多道防线等，不同的是上部结构强度设计上存在差异。由于隔震建筑上部结构的地震反应比同一环境下抗震结构要小，因此可以减小梁柱的尺寸和配筋，但材料过分节省时，就可能达不到使用隔震结构提高建筑地震安全性的目的。所以，必须按规范规定，使得隔震建筑安全等级高于抗震建筑。