日本建筑隔震設計方法1551337368

1、日本建筑隔震設計方法2011年3月11日，日本東北地區(qū)宮城縣北部發(fā)生9.0級強震，繼而引發(fā)強烈海嘯和核危機，造成重大人員傷亡和財產損失，使日本經濟遭受重創(chuàng)。但同時我們也看到，災難過后的日本建筑并不完全像我國汶川地震的情形，即使在遭受海嘯襲擊后，仍有很多建筑殘破的堅挺、佇立。由于歷史、地質等原因，日本在建筑抗震方面有著豐富的理論和實踐經驗，值得我們學習、借鑒。全國城市抗震防災規(guī)劃審查專家委員會委員，中國建筑標準設計研究院抗震防災中心副主任兼總工曾德民先生在百忙中接受本刊約稿，從建筑隔震角度講述了日本建筑的隔震設計理論。同時，作為中日政府合作項目“中日建筑抗震技術人員培訓項目”技術和常務負責人，曾

2、德民總工詳細介紹了該項目背景及目前進展情況。曾德民，中國建筑標準設計研究院抗震防災中心副主任兼總工，全國城市抗震防災規(guī)劃審查專家委員會委員。致力于進行建筑抗震新技術的開發(fā)和應用，參加多項國家重大（重點）項目課題研究，編制多項建筑隔震減震技術和試驗檢測相關標準，主持完成多項工程技術咨詢和試驗檢測，為隔震技術的推廣應用作了大量試點工程。建筑隔震技術越來越受到工程界的認可，可以說是當今國內外抗震新技術研發(fā)應用的主要焦點，而日本在隔震技術的研發(fā)和應用方面處于國際領先地位。據(jù)不完全統(tǒng)計，日本國內有3000棟以上的建筑采用隔震技術（不包括小型日本傳統(tǒng)住宅），其中60m以上的高層建筑有250棟以上，最高的隔

3、震建筑達到近180G采用隔震技術進行加固的文物建筑和重要建筑也有近200棟。通常隔震系統(tǒng)的模型如圖1所示，通過在基礎和上部結構之間，設置一個專門的橡膠隔震支座和阻尼器，形成高度很低的柔性底層，稱為隔震層。通過隔震層將基礎和上部結構斷開，延長上部結構的基本周期，從而避開地震的主頻帶范圍，使上部結構與水平地面運動在相當程度上解除了耦連關系，同時利用隔震層的高阻尼特性消耗輸入地震動的能量，使傳遞到隔震結構上部的地震作用進一步減小。卜.部結構隔震支座阻尼器基礎圖1隔震結構模型設計基本思路隔震結構與抗震結構的機理不同，其設計原則是：地震作用時輸入到上部結構的能量盡可能的減少，而依靠隔震層發(fā)生較大的幾種變

4、形，吸收大部分地震能；隔震層變形應控制在允許的極限變形范圍內。一方面隔震建筑上部結構地震作用大大降低，另一方面可通過合理布置隔震裝置，減少或避免隔震層的偏心，基本上可以消除由上部結構的質量和剛度偏心所引起的扭轉振動影響。因此，與傳統(tǒng)的建筑相比，隔震建筑設計自由度更大。在傳統(tǒng)抗震結構分析中的不確定因素，對隔震結構來說明顯減少了，但影響設計隔震建筑的參數(shù)還是很多，應該充分考慮到這些參數(shù)的變化范圍，從多個角度研究隔震建筑在地震中的狀態(tài)。隔震結構的分析模型由簡單到精密，可以進行階段性設定。必要時進行時程反應分析，以便更有效地把握建筑在地震中的實際狀態(tài)。一般設計流程和方法對于一般隔震建筑，單質點體系的反

5、應譜基本可以反映其地震反應振動情況。因此,一般設計人員往往采用圖2所示基本流程進行初始設計，必要時再采用能量法、時程分析法等進行精細分析。隔震構件的設計(4)一多層橡膠：承載力、水平剛度、變形能力數(shù)量、配置阻尼器：種類、屈服剪力、變形、設計能力、數(shù)量、配置用設計隔震層的特征值預測反應設計方針和目的的確認(7)結束圖2隔震層基本設計流程上述基本設計流程的步驟說明如下。5；引用4）設計的各隔震構件的特性值，按式和（4）求kf,。一看是否與假定的值大體一致。若否,則構件的設計不合適,應返回到3）對特性值進行修正.卜£月。小£九式中，院為各隔震層的水平剛度1fy4為各阻尼器的屈服承

6、載力,6）求Tr,：由橡膠隔震支座的剛度kf和建筑物的總重最利用式和求潺少，見。然后按等我單啦點體系進行反應預測。7）反應預測01ax和火：為了應用反應譜.采用等效線性化法，將隔震結構視為具有等效剛度方的、等效周期T和等效阻尼11的單質點體系。由下式求得k,T,Ji。-fvlr-i當假定隔震層的最大位移Smax后,由,C（3,Cmax利用式（7）、（8）求得等效周期再由式（9）求得等效阻尼%。結合建筑場地的類別，根據(jù)反應譜（見表1）,可以得到SDO表1日本反應譜表場地類別場地周期7ys加速度反應諧S、位移反應譜5第一類0.48753,L19工第二類0.6094i/q23£第三類0.8

7、01254318注：SA=（cm/），.=L51（cm）Zcq41r則隔震層的最大位移（cm）和基底剪力系數(shù)由前述不同類別的反應譜按式（10）、（11）求得。鼠=SdD（%）（10）%=22（U）g式中2號工此時,將求出的與先前假定的5mx作比較，苦差別很大，則llulA對假定值修正后返回取新計算。最終求得5m和，并最終確認滿足條件5gx<2、4v%。鏈接:中日建筑抗震技術人員培訓項目“中日建筑抗震技術人員培訓項目”是落實“5?12汶川大地震”后中日首腦確認的“總體合作框架”中就“城市建設”領域開展的災后恢復重建合作項目。為借鑒日本在建筑抗震領域積累的相關經驗，加強在中國的建筑設計、施工

8、等環(huán)節(jié)中相關抗震標準規(guī)范的貫徹執(zhí)行，提高中國建筑結構設計及施工人員的技術能力，進一步推動中國建筑領域抗震技術水平的應用和整體抗震減災能力的提高，2009年5月12日,在“5?12汶川大地震”震后一周年之際，住房和城鄉(xiāng)建設部計劃財務與外事司和日本國際協(xié)力機構中華人民共和國事務所在北京就“中日建筑抗震技術人員培訓項目”正式簽約。項目培訓內容以建筑抗震的實用性技術為主，覆蓋建設工程從前期到完成的各個階段，分為宏觀管理決策和應用技術兩大部分，具體包括建筑抗震設計與鑒定加固、建筑抗震行政管理、歷史建筑物抗震保護、城市抗震防災規(guī)劃等四項內容。中方項目承擔單位為中國建筑設計研究院，具體組織實施單位為中國建筑標準設計研究院。該項目于2009年6月正式啟動，為繼續(xù)推進雙方合作，擴大項目成果，中日雙方經磋商確定將該項目實施周期由原來3年延至4年，即從20