YJK隔震设计

YJK隔震设计1结构隔震和消能减震设计•两点约束或单点约束功能的扩充；•在两点约束、单点约束和设置支座菜单都设置了5种选项：线型、阻尼器、速度线型相关型消能器、速度非线性相关型消能器、隔震；•选择线性时即为弹性约束；•利用弹性连接的原理设置隔震支座2隔震层的建模（方式1）3隔震层的建模（方式2）451、在计算前处理中用单点约束菜单设置隔震支座隔震支座参数的非线性属性6隔震结构设计的四个步骤•分为上部结构、隔震支座、隔震层以下结构及基础部分；•上部结构：沿用一般抗震结构的设计方法，水平地震作用采用隔震以后的地震作用标准值，计算地震力的水平向减震系数β；•隔震支座：首先要满足重力荷载代表值下的隔震支座承载力要求及水平变位，即压应力要求；还应验算大震下隔震支座的拉应力及水平变位；•隔震层以下结构：地震作用计算、抗震验算和抗震措施，应进行隔震后设防地震（中震）的抗震承载力验算，并按罕遇地震（大震）进行抗剪承载力验算。隔震层以下地面以上的结构在罕遇地震（大震）下的层间位移角控制。•基础：地基基础的抗震验算不考虑隔震产生的减震效应，按本地区设防烈度进行设计；7难点•非线性结构，需按动力时程分析计算（弹性）；•不同部位须分别采用小震、中震、大震计算；•需考虑竖向地震计算；•弹性时程分析的FNA法和直接积分法；•非隔震模型的反应谱计算不可或缺；8一、隔震结构的上部结构计算中震时程分析计算；求出水平减震系数β后用反应谱法算；9上部结构计算•《抗规》12.2.5-2条：•隔震后水平地震作用计算的水平地震影响系数可按本规范5.1.4、第5.1.5条确定。其中水平地震影响系数最大值可按下式计算：•αmaxl=βαmax/ψ•αmaxl——隔震后的水平地震影响系数最大值；•β——水平向减震系数；为按弹性计算所得的隔震与非隔震各层层间剪力的最大比值。10隔震结构上部计算主要步骤•将模型文件复制两份，一个布置上隔震支座属性，此时叫隔震模型；另一个不布置隔震支座属性，隔震支柱底端设铰，此时模型叫非隔震模型；•用中震计算水平向减震系数β；•对隔震模型和非隔震模型分别进行中震反应谱计算和时程分析计算；•人工对比两个模型时程分析结果得出β；•非隔震模型输入αmaxl的反应谱法计算11建立隔震模型与非隔震模型•将模型文件复制两份•将隔震模型在前处理用单点约束菜单设置隔震支座；12建立隔震模型与非隔震模型•在非隔震模型，在前处理将隔震层柱底全部设置铰接属性；13非隔震模型和隔震模型的中震反应谱计算•《建筑抗震设计规范理解与应用》419页关于减震系数的计算方法说明：“计算隔震与非隔震两种情况的层间剪力，宜采用基本设防水准下地震作用进行时程分析。”•因此，计算水平向减震系数β时采用中震；•为了计算出水平向减震系数β，需要分别对非隔震模型和隔震模型进行弹性时程分析计算，但是在YJK中，弹性时程分析是需要接力反应谱计算的，因此对两个模型的反应谱计算除了基本的设计参数设置外，还应在地震计算参数中，按照中震计算的要求设置地震影响系数最大值。14非隔震模型和隔震模型的中震反应谱计算15对非隔震模型进行中震下的弹性时程计算•非隔震模型完成上部结构的“生成数据+全部计算”，此为中间结果，不是最终结果；•然后进入“弹性时程”菜单；•需在这里选择地震波；•进行设防地震下的弹性时程计算•注意要把在弹性时程参数“主方向峰值加速度”中输入中震下的峰值加速度。16对非隔震模型进行中震下的弹性时程计算•计算完成后，可以在“时程结果”中查看“多条波包络值”中的楼层剪力；17对隔震模型也进行中震下的弹性时程计算•对隔震模型也进行弹性时程（FNA法或直接积分法）的计算；•使用在非隔震模型中同样的地震波，使用中震下的峰值加速度，•得到隔震模型的楼层剪力；18人工对比两个模型时程分析结果得出β•人工对比隔震和非隔震的上部结构各楼层剪力值（一般为多条波包络值）；•主方向0度和90度；•各楼层剪力比取较大值作为水平向减震系数β=0.24。•并按规范公式12.2.5求出αmaxl=βαmax/ψ=0.048；19层号塔号非隔震时程法剪力隔震FNA时程法剪力剪力比618445.6441972.5940.235114337.5133404.6570.244117790.7424014.5680.233121201.264271.999-2122760.1683143.55-层号塔号非隔震时程法剪力隔震FNA时程法剪力剪力比618538.9912020.2840.245114482.1213478.2960.244117916.4244086.3880.233121359.9044315.748-2122776.0923139.032-对非隔震模型输入β/ψ的反应谱法计算•在非隔震模型中输入β/ψ并进行反应谱法计算，得到上部结构的最终配筋结果；•软件将自动按规范公式12.2.5求出αmaxl；•用户还应按照《抗规》12.2.7第2条抗震措施降低1度，按照7（0.10g）高度小于24m得到抗震等级为三级输入参数；20二、隔震支座验算按大震计算（更须考虑非线性）；需考虑竖向地震计算；弹性时程分析的FNA法和直接积分法；21隔震支座验算•《抗规》12.2.3隔震层的橡胶隔震支座应符合下列要求：•1隔震支座在表12.2.3所列的压应力下的极限水平变位，应大于其有效直径的0.55倍和支座内部橡胶总厚度3倍二者的较大值。•3橡胶隔震支座在重力荷载代表值的竖向压应力不应超过表12.2.3的规定。•《抗规》12.2.4•1….其橡胶支座在罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下，拉应力不应大于1Mpa。•《乌鲁木齐建筑隔震技术应用规定》第2.4.2条：隔震支座在罕遇地震作用下的最大压应力不宜大于30MPa22建筑类别甲类建筑乙类建筑丙类建筑压应力限值（Mpa）101215对隔震模型的罕遇地震（大震）的时程计算•复制一份隔震模型，对此模型进行在罕遇地震（大震）的时程（FNA法或直接积分法）计算；•选用计算水平向减震系数β时同样的地震波；•在弹性时程参数“主方向峰值加速度”中输入大震下的峰值加速度。23设置相关工况组合•由于YJK目前的FNA法不能同时施加竖向地震波，所以竖向地震按简化算法取值。•压应力：1.0D+0.5L•最大压应力：1.0D+0.5L+1.0Fek+0.4*（0.2（1.0D+0.5L））=1.08D+0.6L+1.0Fek•最大拉应力=最小压应力：0.9D-1.0Fek-0.5*（0.2（1.0D+0.5L））=1.0D-1.0Fek-0.05L•支座最大位移：1.0D+0.5L+1.0Fek24设置相关工况组25设置需查看内力及应力的相关工况组合•第一行是为《抗规》12.3.3-3：橡胶隔震支座在重力荷载代表值的竖向压应力不应超过表12.2.3的规定，恒活荷载读取反应谱结果；•第二行是为《抗规》12.2.3；•第三行是为《乌鲁木齐建筑隔震技术应用规定》第2.4.2条：隔震支座在罕遇地震作用下的最大压应力不宜大于30MPa；•第四行是为《抗规》12.2.4：橡胶支座在罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下，拉应力不应大于1Mpa；26查看隔震支座内力•弹性时程计算完成后，软件提供菜单输出隔震支座内力、位移、应力结果；•重力荷载代表值1.0恒+0.5活下，支座压应力值图，用户可和《抗规》表12.2.3的上限值进行比较。27查看隔震支座内力•看包括地震组合下的拉压应力图，该地震即为罕遇地震结果，人工和《抗规》12.2.4条上的限值1Mpa比较，如果大于1Mpa则不满足规范要求；•对于隔震支座的最大压应力按照《乌鲁木齐建筑隔震技术应用规定》第2.4.2条要求的不宜大于30MPa检查。28查看隔震支座应力•为了得到隔震支座的应力，必须在隔震参数中正确输入隔震支座的面积，如果在参数中没有输入隔震支座的面积，隔震支座应力菜单输出的结果将是029查看隔震支座位移•使用“隔震支座位移”菜单查看各个隔震支座位移；•按照《抗规》12.2.3隔震支座在表12.2.3所列的压应力下的极限水平变位的限值要求。30弹性时程分析的直接积分法•YJK同时提供直接积分法是因为：•1、有的专家更认可直接积分法的原理和结果，详细可见如下直接积分法的说明；•2、目前YJK的FNA法还不能计算用三向地震波算竖向地震，而YJK的直接积分法可以；•3、直接积分法计算地震作用的非线性状态时是叠加了恒活荷载的重力代表值的，也就是说直接积分法计算时程时以恒活荷载重力荷载代表值作为初始内力，这样可准确判断隔震支座的受压受拉状况。而FNA法目前只是在时程结果中叠加恒活荷载重力荷载代表值，计算非线性时程时没有考虑，这种非线性和线性结果直接叠加影响计算精度。31直接积分法的参数设置32三、隔震层以下结构设计33隔震层以下结构设计•《抗规》12.2.9：•1、隔震层支墩、支柱及相连构件，应采用隔震结构罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩进行承载力验算。•2、隔震层以下的结构（包括地下室和隔震塔楼下的底盘）中直接支承隔震层以上结构的相关构件，应满足嵌固的刚度比和隔震后设防地震的抗震承载力要求，并按罕遇地震进行抗剪承载力验算。隔震层以下地面以上的结构在罕遇地震下的层间位移角限值应满足表12.2.9要求。34隔震层支墩、支柱的计算•取隔震支座验算结果的各组合下支座内力（轴力u1，剪力u2、u3）值；•弯矩可按轴力与水平位移乘积取值，取较大值；•以上轴力、剪力、弯矩可用于支柱的设计内力；•支柱设计可采用此内力用工具箱手核。35隔震层以下结构罕遇地震下的层间位移角计算•取隔震支座验算结果的各支座地震组合最大位移值，除以层高即得出层间位移角；•将得出的层间位移角和《抗规》表12.2.9比较即可。36四、隔震结构基础设计37隔震结构基础设计•《抗规》第12.2.9条第3款，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，….•软件实现流程：•将隔震模型按本地区设防烈度（不降低设防烈度的）进行多遇地震计算；•到基础模块中进行基础建模及计算设计。38隔震支座参数属性•线性部分的参数（有效刚度和有效阻尼）在3个坐标轴上意义一致；•有效刚度的意义是将非线性构件等效成一根线性构件后的刚度；•此刚度对结构周期、反应谱计算和快速非线性（FNA）时程分析结果有较大影响；•有效阻尼只影响附加阻尼比，从而影响反应谱计算结果。39隔震支座非线性参数轴向和水平向意义不一致•(1)轴向非线性参数•刚度：隔震支座轴向受压刚度；•抗拉刚度：隔震支座轴向受拉刚度；•截面积：隔震支座的横截面积，弹性时程模块会使用该参数计算隔震支座的拉压应力，若填0，则对应的隔震支座拉压应力均为0；•(2)水平方向非线性参数•刚度：隔震支座水平方向屈服前刚度；•屈服力：隔震支座的屈服力；•屈服后刚度比：隔震支座屈服后的刚度与屈服前刚度的比值。40隔震参数输入举例及注意事项根据厂家参数确定隔震支座参数隔震支座面积：3.14*0.65*0.65/4=0.332m2U1方向有效刚度一般与压刚度设为一致：3051000kN/mU1方向非线性参数的压刚度：3051000kN/mU1方向非线性参数的拉刚度：305100kN/mU2及U3方向有效刚度：2480kN/mU2及U3方向屈服后刚度比：1/13=0.0769U2及U3方向屈服力：92kNU2及U3方向非线性刚度=屈服后刚度/屈服后刚度比=1620/0.0769=21060kN/m由于不再推荐采用反应谱方法计算隔震结构，所以有效阻尼可以填041弹性时程分析的快速非线性（FNA）方法•缺点：由于该方法的计算依赖于结构的模态结果，所以非线性构件的弹性部分的有效刚度填写的准确与否，对计算结果将会有一定的影响。•对于减震结构，由于减震器的影响范围有限，使用FNA方法一般都可以得到较为准确的结果。但对于隔震结构而言，由于隔震支座的加入，往往会较大的改变结构底部的力学性能，对结构的模态周期影响很大，由其产生的非线性亦会影响结构的整体，从而不能严格满足“结构仅有局部非线性”这一条。