高层建筑的基础隔震分析

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对于建筑结构,基础隔震是目前技术最为成熟的减震手段之一。我国于2001年,《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)已将隔震设计纳入其中,规定其适用于基本自振周期小于1s的建筑结构。限于当时的条件,隔震技术应用于短周期的低层和多层建筑,使得隔震技术的推广受到了限制。近10年来,随着隔震支座生产技术的提高及相关研究的深入,尤其是大尺寸支座的成功批量生产,国内外已将基础隔震技术成功应用于基本周期远大于1s的高层及超高层建筑中。汶川地震以后,我国隔震技术迎来了飞速发展的时期,隔震建筑在震后重建和高烈度地区得到了广泛的重视。在我国最新版《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中,明确取消了“基本自振周期小于1s”的限制条件,这一修订,极大的推进了隔震技术在高层建筑中的推广应用。  目前,对于多数设计人员来说,隔震设计是一个新生的事物,尚无经验可循,隔震设计中涉及隔震支座的选型及布置,较难把握。为了减少设计人员在初选隔震支座时的盲目性,本文应用Matlab软件,开发了用于支座初选的宏观隔震分析程序。选取四川广元市医院门诊大楼为背景工程,分别应用自编的Matlab程序和结构通用软件SAP2000进行结构的地震反应分析,主要研究内容及结论如下:  (1)开展宏观的隔震分析研究。总结相关理论基础,建立宏观分析模型,梳理了宏观分析所需的基本信息,收集大量实际工程的设计数据,开发了Matlab隔震分析软件。在建筑初步设计阶段,仅需建筑总面积、结构形式、结构总高三项信息,应用所编程序,可宏观上预估结构的隔震效果,对隔震支座作出粗选。如果已知结构在非隔震状态下的设计总信息(如由PKPM所得),可辨识该程序宏观模型参数,进而预估隔震效果,对隔震支座作出初选,为后续精细具体的隔震分析奠定基础。以某20层框架-剪力墙结构为背景工程,应用该软件计算结构的地震反应及隔震层设计所需信息,初选并布置隔震支座。  (2)对于算例工程,运用SAP2000建立结构的三维非隔震与隔震精细模型,进行了结构的振型分析、反应谱分析及多遇地震下的时程分析。验证了罕遇地震下,隔震支座的承载力及变形均满足规范要求,得到了隔震支座的滞回曲线。由计算所得的水平向减震系数可知,结构整体性好,隔震效果显著,上部结构可降低一度设计。  (3)对比了由Matlab和SAP2000两种分析软件得到的结构隔震前后的变形和内力,证明了所选隔震方案的合理性。对于高层建筑的基础隔震分析,先以Matlab隔震程序进行宏观分析,使隔震设计有明确的目标和切入点,再进入三维的精细仿真计算,可做到隔震设计有章可依、循序渐进,最终确定隔震设计方案。
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