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                      04YJK隔震結構設計 應用手冊-2016.5

                      發布時間:2016-05-27 ?


                      該手冊介紹了如何用盈建科軟件實現隔震結構設計過程。

                      ?錄
                      ? ? ? ? 第一節 ?隔震設計流程
                      ? ? ? ? ? ? ??一、基本概念
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??1、抗震結構
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2、隔震結構
                      ? ? ? ? ? ? ??二、隔震體系的組成
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(一)一般構造
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(二)隔震結構按復雜程度分類
                      ? ? ? ? ? ? ??三、隔震設計方法及軟件實現流程
                      ? ? ? ? ? ? ??四、上部結構設計
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(一)相關規范
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(二)建立隔震模型與非隔震模型
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(三)用中震計算水平向減震系數β流程
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(四)非隔震模型和隔震模型的中震反應譜計算
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(五)非隔震模型進行中震下的彈性時程計算
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(六)隔震模型進行設防地震下的彈性時程計算
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(七)人工對比兩個模型時程分析結果得出β
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(八)非隔震模型輸入αmaxl的反應譜法計算
                      ? ? ? ? ? ? ??五、隔震層設計- FNA法
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(一)隔震支座驗算
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(二)支墩設計
                      ? ? ? ? ? ? ??六、隔震層設計-直接積分法
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(一)隔震支座驗算
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(二)隔震層支墩、支柱的計算
                      ? ? ? ? ? ? ??七、下部結構設計
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(一)相關規范
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(二)下部結構設計過程—隔震模型
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(三)下部結構設計過程—非隔震模型
                      ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(四)大震彈塑性計算分析
                      ? ? ? ? ? ? ??八、基礎設計-非隔震模型
                      ? ? ? ? ? ? ??九、隔震支座參數屬性及設置方式詳解
                      ? ? ? ? ? ? ??十、時程分析法計算計算隔震結構技術原理
                      ? ? ? ? ? ? ??十一、非隔震結構的上部結構分析計算要點

                      ?


                      ?第一節 震設計流程

                      一、基本概念

                      1、抗震結構

                      現在各國普遍采用的是抗震設計理論。地震時建筑受到的地震作用由底向上逐漸放大,從而引起結構構件的破壞??拐鹪O計思想是抵御地震作用立足于,即依靠建筑物本身的結構構件的強度和塑性變形能力,來抵抗地震作用和吸收地震能量。

                      特點:在強震作用下,會產生很大的變形,造成各種破壞,甚至倒塌。所以這種依靠結構構件發生彈塑性變形來消耗地震能量保證結構大震安全的延性結構體系,已不能滿足實際需要。

                      為了保證建筑物的安全,必然加大結構構件的設計強度,耗材多,而地震力是一種慣性力,建筑物的構件斷面大,所用材料多,質量大,其受到的地震作用也相應增大,想要在經濟和安全之間找到一個平衡點往往比較困難。

                      2、隔震結構

                      是在建筑的某一層(基礎頂、地下室頂或裙房頂部)增設由隔震橡膠支座和阻尼器等組成的隔震層,用以改變結構體系的振動特性,延長結構自振周期,增大結構阻尼,通過隔震層的大變形耗散掉輸入結構的大部分地震作用,有效地降低了上部結構的地震反應,大大地減小了層間剪力與層間相對變形,從而達到預期防震要求。

                      隔震技術的重點是隔離地震。

                      震設計的目的是提高結構的安全富裕度,尤其在遭遇大震或超大震時保護結構不至于破壞。

                      通常被大家稱之為,上部結構按照降低一度半設計。這里需要強調的是:

                      一、當地的抗震設防烈度并沒有降低,僅僅水平地震作用降低;

                      二、整個結構的抗震能力沒有降低,相反結構的抗震能力大大提高了;

                      三、降低一度半也僅指降低水平地震作用,豎向地震作用仍保持不變,特別對于高烈度地區,隔震建筑設計中考慮的豎向地震作用比傳統抗震建筑大得多。

                      二、隔震體系的組成

                      (一)一般構造

                      目前工程界最常用的疊層橡膠支座隔震系統一般是在基礎和上部結構之間來設置隔震支座和耗能元件,也有在裙房和塔樓處設置隔震層的。

                      通過在建筑物的基礎或地下室和上部結構之間設置隔震層,將建筑物分為上部結構、隔震層和下部結構三部分。地震能量經由下部結構傳到隔震層,大部分被隔震層的隔震裝置吸收,僅有少部分傳到上部結構,從而大大減輕地震作用,提高隔震建筑的安全性。

                      震結構體系

                      http://www.lanto.com.cn/asp_bin/Webeditor/UploadFile/2008124142327777.jpg

                      隔震層上的隔震支座

                      有些隔震層各隔震支墩之間用連梁連接,主要為了增加整體性,防止個別支墩位移過大。

                      (二)隔震結構按復雜程度分類

                      工程中的隔震結構可結構復雜程度區分為一般隔震結構與復雜隔震結構。

                      1一般隔震結構

                      一般隔震結構是:較規則的多層結構的基礎隔震或地下室頂板(非懸臂柱頂部)處隔震的結構;。

                      1)基礎隔震

                      基礎隔震結構示例

                      隔震支座參數設置

                      2)地下室頂板隔震

                      地下室頂板隔震結構

                      隔震支座設置

                      多層隔震結構二

                      隔震支座設置

                      2.????? 復雜隔震結構

                      復雜隔震結構是指結構類型稍復雜或隔震位置特殊的建筑,據常見類型可分為:

                      1)不規則結構隔震;

                      2)地下室懸臂柱或倒懸臂柱隔震;

                      3)高層結構隔震;

                      4)層間隔震;

                      5多塔隔震;

                      6)連體隔震;

                      7)超長結構隔震。

                      復雜隔震結構需要進行若干補充分析和采取必要的加強措施。

                      高層隔震結構

                      高層隔震結構隔震支座

                      多塔隔震結構

                      單點約束方式隔震支座設置

                      震結構示例三

                      、隔震設計方法及軟件實現流程

                      隔震結構設計一般采用分部設計方法。即將整個隔震結構分為上部結構、隔震層和下部結構及基礎,分別進行設計。

                      概括來說:

                      上部結構:沿用一般抗震結構的設計方法,水平地震作用采用隔震以后的地震作用標準值。隔震支座不能隔離豎向地震作用,所以與豎向地震作用相關的不降低(如軸壓比等)。

                      隔震層:在滿足長期荷載下壓應力要求外,除了滿足減震目標后,還得滿足短期荷載下的壓應力、拉應力以及隔震支座的位移。

                      隔震層以下結構:地震作用計算、抗震驗算和抗震措施,應進行設防地震(中震)的抗震承載力驗算,并按罕遇地震(大震)進行抗剪承載力驗算。隔震層以下地面以上的結構在罕遇地震(大震)下的層間位移角控制。

                      基礎:地基基礎的抗震驗算不考慮隔震產生的減震效應,按本地區設防烈度進行設計。

                      軟件解決了幾個應用難點:

                      1)非線性結構,需按動力時程分析計算,對隔震支座還需按照可進行大震和豎向地震計算的直接積分法;

                      2)不同部位須分別采用小震、中震、大震計算;

                      3)非隔震模型的考慮地震力的水平向減震系數的反應譜計算不可或缺;

                      軟件輸出隔震支座內力、位移、應力計算結果,給出圖形和文本兩種表達;

                      隔震墊上的短柱一般稱為上柱或上墩,隔震墊下的柱子一般稱為下支柱下支或者支墩,本文統一為支墩。支墩一般較矮,建??梢圆唤?。

                      以下以某工程為例進行說明。

                      本工程某地小學教室,8度設防,1層地下室,地上4層,地下室頂隔震,進行隔震設計;

                      建立上部結構(3-6層)、隔震層中隔震墊高度不考慮,第2層為隔震墊上墩層,此處稱為隔震層;隔震墊位于二層柱底的位置。有些工程師建模時不建支墩層,則此時支墩的配筋需要單獨建懸臂柱來計算。

                      上部結構3-6層)、隔震層(2層)、下部結構標準層(1層),如下圖。

                      進行樓層組裝

                      全樓模型

                      以下是各部分設計軟件實現的流程:

                      、上部結構設計

                      (一)相關規范

                      《抗規》12.2.5條:

                      隔震層以上結構的地震作用計算,應符合下列規定:

                      1.對多層結構,水平地震作用沿高度可按重力荷載代表值分布;

                      2.隔震后水平地震作用計算的水平地震影響系數可按本規范5.1.4、第5.1.5條確定。其中水平地震影響系數最大值可按下式計算:

                      αmaxl=βαmax/ψ

                      αmaxl——隔震后的水平地震影響系數最大值;

                      αmax——非隔震的水平地震影響系數最大值,按本規范第5.1.4條采用;

                      β——水平向減震系數;對于多層建筑,為按彈性計算所得的隔震與非隔震各層層間剪力的最大比值。對高層建筑結構,尚應計算隔震與非隔震各層傾覆力矩的最大比值,并與層間剪力的最大比值相比較,取二者的較大值。

                      Ψ——調整系數;一般橡膠支座,取0.80;支座剪切性能偏差S-A類,取0.85;隔震裝置帶有阻尼器時,相應減小0.05;

                      :1彈性計算時,簡化計算和反應譜分析時宜按隔震支座水平剪切應變為100%時的性能參數進行計算;當采用時程分析法時設計基本地震加速度輸入進行計算。

                      3.隔震層以上結構的總水平地震作用不得低于非隔震結構在6度設防時的總水平地震作用,并應進行抗震驗算;各樓層的水平地震剪力尚應符合本規范第5.2.5條對本地區設防烈度的最小地震剪力系數的規定。

                      (二)建立隔震模型與非隔震模型

                      軟件實現流程:

                      1、建立結構模型:建立上部結構、隔震層、下部結構都包括的整體模型。

                      2、將模型文件復制兩份

                      將模型文件復制兩份,一個布置上隔震支座屬性,此時叫隔震模型;

                      另一個不布置隔震支座屬性,隔震支柱底端設鉸,此時模型叫非隔震模型。

                      隔震模型

                      將一個模型在前處理用單點約束菜單,選擇隔震支座,將各屬性參數輸入后,布置在第二標準層即隔震層的柱節點上,實現的是第2層柱底位置為隔震支座。此模型即為隔震模型。

                      非隔震模型:

                      將復制的另一份模型打開,在前處理將隔震層柱底全部設置鉸接屬性。此即為非隔震模型。

                      (三)用中震計算水平向減震系數β流程

                      《建筑抗震設計規范理解與應用》419頁關于減震系數的計算方法說明:計算隔震與非隔震兩種情況的層間剪力,宜采用基本設防水準下地震作用進行時程分析。

                      《抗震規范統一培訓教材》P176計算水平減震系數的隔震支座參數,橡膠支座的水平剪切應變由50%改為100%,即可近似認為從對應小震的變形狀態放寬到中震的變形狀態,支座的等效剛度比2001規范減少,計算的隔震效果將更明顯。

                      《烏魯木齊建筑隔震技術應用規定》第2.2.4條:確定減震系數時按中震計算;需考慮近場影響時地震波輸入應考慮近場影響系數(確定減震系數時與之對比的非隔震模型亦應按中震并乘以近場影響系數計算)。

                      因此,以下為計算β對非隔震模型和隔震模型的時程分析計算應采用設防地震即中震的地震影響系數。

                      1非隔震模型進行震下的計算(一般彈性時程法,;

                      在這里選擇地震波;

                      2隔震模型進行震下的計算(可用一般彈性時程中的FNA法,也直接積分法;

                      3)人工對比21的各層剪力值(一般為多條波包絡值),取較大值,作為水平向減震系數β。按規范公式12.2.5求出αmaxl;

                      (四)非隔震模型和隔震模型的中震反應譜計算

                      為了計算出水平向減震系數β,需要分別對非隔震模型和隔震模型進行時程分析計算,但是在YJK中,彈性時程分析是需要接力反應譜計算的,因此對兩個模型的反應譜計算除了基本的設計參數設置外,還應在地震計算參數中,按照中震計算的要求設置地震影響系數最大值。

                      按照《高規》4.3.7-1,在下圖的地震計算參數中,修改地震影響系數最大值參數值,填入8度的值0.45。

                      非隔震模型進行震下的彈性時程計算

                      非隔震模型完成上部結構的生成數據+全部計算,此為中間結果,不是最終結果,即(四)。然后進入彈性時程菜單,在這里選擇地震波,并進行震下的彈性時程計算。

                      注意要把在彈性時程參數主方向峰值加速度中輸入中震下的峰值加速度。

                      用非隔震模型選波還需要滿足隔震模型統計意義上相符的要求,選波在另一個章節中詳細介紹。本工程選3條波,

                      2條天然波

                      Chi-Chi, Taiwan-05_NO_2182,Tg(0.41)????? 簡稱CCT

                      Chalfant Valley-04_NO_563,Tg(0.38)???????????? 簡稱CV

                      1條人工波:

                      ArtWave-RH4TG040,Tg(0.40)???????????? 簡稱AWR

                      計算完成后,可以在時程結果中查看每條波0度和90度中的樓層剪力,下圖是天然波Chi-Chi, Taiwan-05_NO_2182,Tg(0.41)算的時程剪力和彎矩。

                      (六)隔震模型進行設防地震下的彈性時程計算

                      對隔震模型也進行彈性時程(FNA)的計算,使用在非隔震模型中同樣的地震波,使用中震下的峰值加速度,操作過程同如上非隔震模型,得到隔震模型的樓層剪力,如下圖:

                      (七)人工對比兩個模型時程分析結果得出β

                      人工對比每條波隔震和非隔震的上部結構各樓層剪力值,所有比值中取最大值作為水平地震減震系數,如下圖:

                      1)天然波:Chi-Chi, Taiwan-02_NO_2182,Tg(0.41)簡稱:CCT

                      當前主方向0.0

                      層號

                      樓層剪力kN

                      樓層剪力比

                      非隔震模型

                      隔震模型

                      隔震/非隔震

                      6

                      6555.288

                      1744.651

                      0.27

                      5

                      11110.047

                      2924.361

                      0.26

                      4

                      12290.896

                      3342.227

                      0.27

                      3

                      15269.851

                      4023.703

                      0.26

                      2隔震層

                      17582.054

                      1688.17

                      -

                      當前主方向90.0

                      層號

                      樓層剪力kN

                      樓層剪力比

                      非隔震模型

                      隔震模型

                      隔震/非隔震

                      6

                      6684.008

                      1798.027

                      0.27

                      5

                      11228.263

                      2968.468

                      0.26

                      4

                      12375.283

                      3349.828

                      0.27

                      3

                      15339.265

                      4045.249

                      0.26

                      2隔震層

                      17859.293

                      1669.237

                      -

                      ?

                      2)天然波:Chalfant Valley-04_NO_563,Tg(0.38)? 簡稱: CV

                      當前主方向0.0

                      層號

                      樓層剪力kN

                      樓層剪力比

                      非隔震模型

                      隔震模型

                      隔震/非隔震

                      6

                      9847.658

                      1711.802

                      0.17

                      5

                      15504.391

                      2766.268

                      0.18

                      4

                      20995.889

                      3099.694

                      0.15

                      3

                      22669.051

                      3611.124

                      0.16

                      2隔震層

                      22565.769

                      1424.231

                      -

                      當前主方向90.0

                      層號

                      樓層剪力kN

                      樓層剪力比

                      非隔震模型

                      隔震模型

                      隔震/非隔震

                      6

                      10086.779

                      1752.846

                      0.17

                      5

                      15666.655

                      2793.445

                      0.18

                      4

                      21208.261

                      3202.089

                      0.15

                      3

                      22827.451

                      3653.105

                      0.16

                      2隔震層

                      22731.245

                      1425.772

                      -

                      ?

                      3)人工波:ArtWave-RH4TG040,Tg(0.40)? 簡稱: AWR

                      當前主方向0.0

                      層號

                      樓層剪力kN

                      樓層剪力比

                      非隔震模型

                      隔震模型

                      隔震/非隔震

                      6

                      6544.907

                      1666.539

                      0.25

                      5

                      11413.587

                      2780.527

                      0.24

                      4

                      15751.904

                      3175.955

                      0.20

                      3

                      20600.353

                      4252.748

                      0.21

                      2隔震層

                      23564.246

                      3811.613

                      -

                      當前主方向90.0

                      層號

                      樓層剪力kN

                      樓層剪力比

                      非隔震模型

                      隔震模型

                      隔震/非隔震

                      6

                      6672.645

                      1694.851

                      0.25

                      5

                      11373.862

                      2798.712

                      0.25

                      4

                      15735.702

                      3221.778

                      0.20

                      3

                      20542.399

                      4292.091

                      0.21

                      2隔震層

                      23877.394

                      3810.896

                      -

                      1

                      24299.857

                      3809.981

                      -

                      ?

                      (4)得出β

                      各樓層剪力比取較大值0.27作為水平向減震系數β,各樓層剪力比值如下表,

                      層號

                      0.0度

                      90.0度

                      ?

                      CCT

                      CV

                      AWR

                      CCT

                      CV

                      AWR

                      6

                      0.27

                      0.17

                      0.25

                      0.27

                      0.17

                      0.25

                      5

                      0.26

                      0.18

                      0.24

                      0.26

                      0.18

                      0.25

                      4

                      0.27

                      0.15

                      0.20

                      0.27

                      0.15

                      0.20

                      3

                      0.26

                      0.16

                      0.21

                      0.26

                      0.16

                      0.21

                      按規范公式12.2.5求出αmaxl;8度小震αmax=0.16 β=0.27

                      調整后的水平向減震系數β/ψ=0.27/0.8=0.338

                      求出隔震后的多遇地震水平地震影響系數最大值αmaxl=αmax/ψ=0.27*0.16/0.8=0.054

                      按照《抗規》12.2.5條文說明中表7對比,此模型設置隔震墊后結構能達到降一度的目標,即從80.2g降低到70.1g。

                      抗震構造和抗震措施按照12.2.512.2.7條文說明,β=0.27小于0.4,按降低1度,即80.2g降低到70.1g??拐鸬燃壈凑战档?/span>1度后的烈度取值。

                      注意:1、按規范要求,β小于0.3應考慮豎向地震,此例暫不考慮豎向地震,如果要考慮可參見十所述。

                      2、有些專家更加認可時程分析的直接積分方法,此時也可采用直接積分法,YJK同時提供此種算法,詳細過程此處不再贅述。

                      )非隔震模型輸入αmaxl反應譜法計算

                      在非隔震模型中輸入αmaxl并進行反應譜法計算,得到上部結構的配筋結果。

                      由于計算β值時采用的是中震計算,而這里采用的是小震的大量變動的參數,可把非隔震模型再復制一份,在新復制的非隔震模型上完成這里的設計。

                      打開非隔震模型,在上部結構計算參數中設置調整后的水平向減震系數β/ψ0338,并按照《抗規》12.2.72抗震措施降低1度,按照70.10g高度小于24m得到抗震等級為三級。

                      此時參數如下圖所示。

                      規范規定抗震構造措施不降低,在前處理特殊構件定義中按不降低烈度的指定軸壓比限值。按照抗6.3.6,二、三級柱軸壓比限值0.10,所以需要指定軸壓比限值減小0.10達到抗震構造措施二級標準。

                      這里得到上部結構的最終的設計結果。

                      五、隔震層設計- FNA

                      隔震層設計包括兩部分,分別是隔震支座的驗算及支墩的設計。

                      采用隔震模型大震下時程計算。

                      (一)隔震支座驗算

                      1)相關規范

                      《抗規》12.2.3 ? 隔震層的橡膠隔震支座應符合下列要求:

                      1 隔震支座在表12.2.3所列的壓應力下的極限水平變位,應大于其有效直徑的0.55倍和支座內部橡膠總厚度3倍二者的較大值。

                      ……

                      3 橡膠隔震支座在重力荷載代表值的豎向壓應力不應超過表12.2.3的規定。

                      表12.2.3 橡膠隔震支座壓應力限值

                      建筑類別

                      甲類建筑

                      乙類建筑

                      丙類建筑

                      壓應力限值(Mpa)

                      10

                      12

                      15

                      《抗規》12.2.4

                      1 .其橡膠支座在罕遇地震的水平和豎向地震同時作用下,拉應力不應大于1Mpa。

                      《烏魯木齊建筑隔震技術應用規定》第2.4.2 隔震支座承載力驗算:

                      1.隔震承載力驗算包括承壓驗算和受拉驗算。

                      2.承壓驗算:

                      ???? 1)重力荷載代表值下計算平均壓應力設計值限值按抗表12.2.3;一般可僅按重力荷載代表值計算;

                      ???? 2)對需進行豎向地震作用計算的結構(見2.3.4),上述重力荷載代表值下壓應力尚應包括豎向地震作用效應組合;

                      3)隔震支座重力荷載代表值的豎向壓應力設計值可按下式計算:

                      ??????? 壓應力設計值=1.0恒載+0.5活載+豎向地震作用下產生的豎向壓力(豎向地震作用取標準值并按2.3.4.2取值;不需考慮豎向地震作用時此項為零)。

                      ???? 4)隔震支座在罕遇地震作用下的最大壓應力不宜大于30MPa;其值可按下式計算:

                      ???????? 最大壓應力=1.0恒載+0.5活載+罕遇地震水平作用產生的最大軸壓力(標準值)+0.5豎向地震作用產生的軸向壓力(豎向地震作用取標準值并按2.3.4.2取值)≤30MPa????

                      3.受拉驗算

                      1)罕遇地震下隔震支座最大拉應力應控制在1MPa以內;

                      ???? 2)隔震支座受拉驗算時應包括豎向地震作用效應(按2.3.4.2取值);

                      ???? 3)隔震支座在罕遇地震作用下最大拉應力可按下式計算:

                      ??????? 最大拉應力=1.0恒載+0.5活載+罕遇地震作用產生的最大軸拉力+0.5×豎向地震作用產生的軸拉應力(為標準值,取值按2.3.4.2)≤1MPa

                      《減隔震規程》討論稿:

                      表6.2.5-2彈性滑板隔震支座在罕遇地震下的壓應力限值(Mpa)

                      建筑類別

                      特殊設防類建筑

                      重點設防類建筑

                      標準設防類建筑

                      壓應力限值(Mpa)

                      40

                      45

                      50

                      表6.2.5-3橡膠隔震支座在罕遇地震下的拉應力限值(Mpa)

                      建筑類別

                      特殊設防類建筑

                      重點設防類建筑

                      標準設防類建筑

                      拉應力限值(Mpa)

                      0

                      0.8

                      1

                      :隔震橡膠支座驗算罕遇地震作用下最大壓應力和最小壓應力時,應考慮三向地震作用產生的最不利軸力。

                      最大壓應力=1.0*恒載+0.5*活載+罕遇水平地震作用產生的最大軸力+0.4*豎向地震作用產生的軸力;

                      最小壓應力=0.9*恒載-1.0罕遇水平地震作用產生的最大軸力-0.5*豎向地震作用產生的軸力

                      軟件實現流程:

                      1、復制一份隔震模型,對此模型進行大震的時程(彈性時程的FNA法或直接積分法)計算;

                      2、得到各組合下各隔震墊的內力(含剪力、拉力、壓力)、隔震支座的拉、壓應力及位移;

                      3、人工將支座拉壓應力和規范限值比較,是否滿足要求;

                      4、用此過程得到支座反力,用軟件建立獨立柱或者工具箱或者手核對支墩進行設計。此部分在后邊會有詳細介紹。

                      2對隔震模型的大震時程計算

                      復制一份隔震模型,對此模型進行在大震的時程(FNA或直接積分法)計算,本例用FNA法。

                      選用計算水平向減震系數β時同樣的地震波。

                      在彈性時程參數主方向峰值加速度中輸入大震下的峰值加速度。

                      3)設置相關工況組合

                      設置需要查看內力及應力的組合,如下圖:

                      由于YJK目前的FNA法不能同時施加豎向地震波,所以豎向地震按簡化算法取值。

                      壓應力:1.0D+0.5L

                      最大壓應力:1.0D+0.5L+1.0Fek+0.4*0.21.0D+0.5L))=1.08D+0.6L+1.0Fek

                      最大拉應力=最小壓應力:0.9D-1.0Fek-0.5*0.21.0D+0.5L))=1.0D-1.0Fek-0.05L

                      支座最大位移:1.0D+0.5L+1.0Fek

                      然后進行彈性時程FNA法)計算。

                      4)查看支座內力、應力

                      彈性時程計算完成后,得到隔震支座內力、位移、應力結果,拉為正,壓為負,內力為kN,應力為Mpa.

                      1)壓應力驗算:重力荷載代表值即1.0+0.5活下,支座壓力(U1)圖:

                      重力荷載代表值1.0+0.5活下,支座壓應力值圖,用戶可和《抗規》表12.2.3上限值進行比較。

                      表12.2.3 橡膠隔震支座壓應力限值

                      建筑類別

                      甲類建筑

                      乙類建筑

                      丙類建筑

                      壓應力限值(Mpa)

                      10

                      12

                      15

                      可見顯示部分均為負值即都為壓應力,最大壓應力為10.757Mpa,小于乙類建筑12MPa,滿足要求。

                      2)壓應力驗算:看含地震組合下的應力圖,該地震即為大震結果,對于隔震支座的最大壓應力按照《烏魯木齊建筑隔震技術應用規定》第2.4.2條要求的不宜大于30MPa檢查。

                      地震組合:1.08D+0.6L+1.0Fek

                      1條波X向地震組合下

                      Y向地震

                      2條波x向地震組合下

                      Y向地震組合下

                      ?

                      3條波X向地震組合下

                      Y向地震組合下

                      三條波參與的組合下,最大的壓應力為12.800Mpa,小于30Mpa,滿足要求;

                      3)拉應力驗算:人工和抗規》12.2.4上的限值1Mpa比較,如果大于1Mpa則不滿足規范要求;

                      地震組合:1.0D-0.05L-1.0Fek?? 每條波的地震組合都應該看。

                      1條波CCT參與的地震組合下:

                      Y向地震

                      ?

                      ?

                      ?

                      2條波

                      Y向地震

                      ?

                      ?

                      ?

                      ?

                      ?

                      3條波x向地震組合下:

                      Y向地震組合下:

                      本例中所有組合下沒有拉應力產生,最小壓應力為3.663Mpa。滿足要求。

                      為了得到隔震支座的應力,必須在隔震參數中正確輸入隔震支座的面積,如果在參數中沒有輸入隔震支座的面積,隔震支座應力菜單輸出的結果將是0。

                      5)查看支座位移

                      使用隔震支座位移菜單查看各個隔震支座各條波參與的組合下的位移,按照《抗規》12.2.3隔震支座在表12.2.3所列的壓應力下的極限水平變位的限值要求。

                      組合:1.0D+0.5L+-1.0Fek

                      (1)1條波CCTX向地震時位移圖:

                      Y向地震最大位移圖

                      (2)2條波X向地震時位移圖:

                      Y向地震

                      (3)3條波X向地震時位移圖:

                      Y向地震組合

                      從各個位移圖上取絕對值最大值填寫到下表中。

                      大震時隔震結構各支座最大位移

                      X-U3

                      Y向(U2

                      CCT

                      CV

                      AWR

                      CCT

                      CV

                      AWR

                      59.813(27)

                      46.542(32)

                      209.706(27)

                      58.941(20)

                      46.886(27)

                      208.45232

                      由以上圖形及表格可知,隔震層最大水平位移209.706mm,小于0.55D=275mmD為最小隔震支座直徑,本工程采用隔震支座最小直徑為500mm)及3Tr=300mmTr為最小隔震支座的橡膠層總厚度,廠家參數給)中的較小值,滿足要求。

                      說明:本例三條波的位移差異較大,是因為沒有完全按照選波的四個條件來選。建議用戶做實際工程時應嚴格按照選波條件來選。以便得到合適的結果。

                      (二)支墩設計

                      1)相關規范

                      《抗規》12.2.9

                      1、隔震層支墩、支柱及相連構件,應采用隔震結構罕遇地震下隔震支座底部的豎向力、水平力和力矩進行承載力驗算。

                      《烏魯木齊建筑隔震技術應用規定》

                      2.5.1 隔震層支墩、支柱及相連構件(相連構件一般指與支柱頂部相連的系梁、與支柱相連的翼墻等構件),應采用隔震結構罕遇地震下隔震支座底部的最大剪力、最大軸力和力矩進行承載力驗算(如圖示2.5.1);其最大剪力、最大軸力可按以下組合1和組合2的較大值采用:

                      組合1=1.2(恒載+0.5活載)+1.3×水平罕遇地震+0.5×豎向地震(按2.3.4.2?。?/span>

                      組合2=1.2(恒載+0.5活載)+0.5×水平罕遇地震+1.3×豎向地震(按2.3.4.2?。?/span>

                      隔震支座下支頂部產生的彎矩(H1為隔震支座高度):

                      Mx1=(P×Ux+Vx×H1)/2,My1=(P×Uy+Vy×H1)/2

                      隔震支座下支墩底部產生的彎矩:

                      Mx=P×Ux+Vx×(H+H1) ,My=P×Uy+Vy× (H+H1)

                      《減隔震規程》討論稿:

                      最大壓應力及支墩內力組合采用:1.0*D+0.5L+1.0Fek+0.4Fvk

                      當豎向地震按簡化的重力荷載代表值來取得話,可以用以下組合:

                      1.0D+0.5L+1.0Fek+0.4*(0.2(1.0D+0.5L))=1.08D+0.6L+1.0Fek

                      2隔震層支墩、支柱的計算

                      取隔震支座驗算結果的各組合下支座內力(軸力u1,剪力u2、u3)值,力矩按規范手工核算。設計建議用戶采用此內力用軟件建立獨立柱或者工具箱手核。

                      用戶可根據支座高度請參數,在YJK中建立獨立柱層,施加節點荷載進行設計計算。

                      將支墩內力按節點荷載施加,然后進行設計。得到支墩的配筋結果。

                      六、隔震層設計-直接積分法

                      YJK同時提供直接積分法是因為:

                      1、有的專家更認可直接積分法的原理和結果,詳細可見如下直接積分法的說明;

                      2、目前YJKFNA法還不能計算用三向地震波算豎向地震,而YJK的直接積分法可以;

                      3、直接積分法計算地震作用的非線性狀態時是疊加恒活荷載的重力代表值的,也就是說直接積分法計算時程時以恒活荷載重力荷載代表值作為初始內力,這樣可準確判斷隔震支座的受壓受拉狀況。FNA法目前只是在時程結果中疊加恒活荷載重力荷載代表值,計算非線性時程時沒有考慮,這種非線性和線性結果直接疊加影響計算精度。

                      隔震層設計包括兩部分,分別是隔震支座的驗算及支墩的設計。

                      采用隔震模型大震下時程計算。

                      對于隔震層的計算需要考慮三向地震,應在直接積分法中交互輸入三向地震波,進行時程分析,

                      (一)隔震支座驗算

                      計算流程同如上的FNA法時程。

                      復制一份隔震模型,對此模型進行在大震的時程(直接積分法)計算。

                      選用計算水平向減震系數β時同樣的地震波。

                      1)壓應力驗算:重力荷載代表值即1.0+0.5

                      在計算參數中設置如下,將時程分析時輸入地震加速度的最大值設置為0,即只有恒載活載施加,如下圖

                      進行計算分析,計算結束后查看結果。

                      ?

                      ?

                      ?

                      ?

                      支座壓力(U1)圖:

                      放大特殊顏色的支座內力,即最大內力KN

                      應力圖

                      放大特殊顏色的支座應力,即最大應力Mpa

                      重力荷載代表值1.0+0.5活下,支座壓應力值圖,用戶可和《抗規》表12.2.3上限值進行比較。

                      可見顯示部分均為負值即都為壓應力,最大壓應力10.34Mpa,小于乙類建筑12MPa,滿足要求。

                      2最大壓應力驗算1.0D+0.5L+1.0Fek+0.4*Fvk

                      這里需要考慮水平地震和豎向地震的同時作用,式中的Fek水平地震,Fvk為豎向地震。

                      在各波計算參數時程分析時輸入地震加速度的最大值中輸入大震下的峰值加速度400cm/s2

                      X向系數:1.0;Y向系數: 0.85? Z向系數:0.4

                      生成數據,然后計算。

                      時程計算完成后,得到隔震支座內力、應力結果,拉為正,壓為負,內力為kN,應力為Mpa.

                      a)第1組波X向作為主方向的地震組合下,內力:

                      局部放大特殊顏色支座,即最大支座內力,如下圖

                      應力圖和局部放大特殊顏色支座,即最大支座內力,如圖

                      最大壓應力為13.596Mpa,小于30Mpa,滿足要求。

                      1組波Y向作為主方向的地震組合下

                      內力圖及局部放大特殊顏色隔震支座內力圖

                      應力圖,及局部放大特殊顏色隔震支座應力圖:

                      由圖可知,本層所有隔震支座中最大壓應力為13.7Mpa,小于規范上的30Mpa,滿足要求。

                      ?

                      b2和第3X向作為主方向的地震組合、Y向作為主方向的地震組合

                      a,這里不再細述,都要滿足最大壓應力限值要求。

                      ?

                      小結:在地震參與的組合下最大壓應力都小于規范要求的30Mpa,滿足要求。

                      3)最小壓應力或最大拉應力驗算

                      最大拉應力=最小壓應力:0.9D-1.0Fek-0.5*Fvk

                      這里需要考慮水平地震和豎向地震的同時作用,式中的Fek為水平地震,Fvk為豎向地震。

                      在各波計算參數時程分析時輸入地震加速度的最大值中輸入大震下的峰值加速度400cm/s2

                      初始荷載組合值系數:0.9*恒載+0*活載

                      X向系數:1.0;Y向系數: 0.85? Z向系數:0.5

                      注意所有系數都應輸入正值。

                      隔震支座內力、應力結果,拉為正,壓為負,內力為kN,應力為Mpa;位移mm

                      U1、U2、U3分別為整體坐標系的Z向、Y向、-X向。

                      a)第1組波X向作為主方向的地震組合下,

                      位移:

                      最大支座水平位移,U2為整體坐標系Y軸方向,如下圖

                      U3方向為整體坐標系-X軸方向,應力圖:

                      最大壓應力為13.596Mpa,小于30Mpa,滿足要求。

                      4)支座水平位移

                      《抗規》12.2.3隔震支座在表12.2.3所列的壓應力下的極限水平變位的限值要求。

                      支座最大位移:1.0D+0.5L+1.0Fek

                      因豎向地震對水平位移影響不大,此時不考慮豎向地震,只考慮水平地震,且要考慮雙向水平地震效應。

                      在各波計算參數時程分析時輸入地震加速度的最大值中輸入大震下的峰值加速度400cm/s2

                      初始荷載組合值系數:1.0*恒載+0.5*活載

                      X向系數:1.0;Y向系數: 0.85? Z向系數:0

                      a第一條波CCT參與的組合,水平地震主方向X向:

                      生成數據,然后計算,查看隔震支座結果圖

                      U2方向(Y向)水平位移m

                      U3方向(X向)水平位移m

                      b)第一條波CCT參與的組合,水平地震主方向Y向:

                      U2方向(Y向)水平位移m

                      U3方向(X向)水平位移m

                      第一條波CCT波參與的地震組合下,最大水平位移為68mm。

                      同理方式得到第2條、第3波參與組合下的最大水平位移值89mm、190mm。取3波所有參與組合中最大的190mm。

                      震層最大水平位移190mm,小于0.55D=275mmD為最小隔震支座直徑,本工程采用隔震支座最小直徑為500mm)及3Tr=300mmTr為最小隔震支座的橡膠層總厚度,廠家參數給)中的較小值,滿足要求。

                      說明:本例三條波的位移差異較大,是因為沒有完全按照選波的四個條件來選。建議用戶做實際工程時應嚴格按照選波條件來選。以便得到合適的結果。

                      (二)隔震層支墩、支柱的計算

                      取隔震支座驗算結果的各組合下支座內力(軸力u1,剪力u2、u3)值,力矩按規范要求手工核算。設計建議用戶采用此內力用軟件建立獨立柱或者工具箱手核。

                      《《12.2.9規定隔震層連接的下部構件(如地下室、支座下的墩柱等)的地震作用和抗震驗算,應采用罕遇地震下隔震支座的豎向力、水平力和力矩進行計算。

                      在直接積分法模塊中,各波計算參數時程分析時輸入地震加速度的最大值中輸入大震下的峰值加速度400cm/s2

                      這里選用與最大壓應力驗算相同組合,即按《減隔震規程》討論稿:1.0*D+0.5L+1.0Fek+0.4Fvk

                      X向系數:1.0;Y向系數: 0.85? Z向系數:0.4

                      生成數據,然后計算,得到該組合下各隔震支座的水平位移、內力,如下圖

                      用戶可根據支座高度請參數,在YJK中建立獨立柱層,施加節點荷載進行設計計算。

                      將支墩內力按節點荷載施加,然后進行設計。得到支墩的配筋結果。

                      、下部結構設計

                      (一)相關規范

                      《抗規》12.2.9

                      2、隔震層以下的結構(包括地下室和隔震塔樓下的底盤)中直接支承隔震層以上結構的相關構件,應滿足嵌固的剛度比和隔震后設防地震的抗震承載力要求,并按罕遇地震進行抗剪承載力驗算。隔震層以下地面以上的結構在罕遇地震下的層間位移角限值應滿足表12.2.9要求。

                      《烏魯木齊建筑隔震技術應用規定》

                      2.5.2 隔震層以下的結構(包括地下室和隔震塔樓下的底盤及層間隔震的下部結構)中直接支承隔震層以上結構的相關構件(指框架梁、柱及墻等構件),應滿足嵌固的剛度比(可理解為相關構件(下部結構指支承柱及與其相連的混凝土墻)組成的樓層剛度比,并參照混凝土高E.0.1進行計算;上下層嵌固剛度比可取不大于0.5)和隔震后設防地震下的抗震承載力要求,并按罕遇地震進行抗震承載力驗算;下部結構中非直接支承上部結構的構件均可按小震作用進行抗震設計。

                      2.5.3 隔震層以下地面以上的結構在罕遇地震下的層間位移角限值應滿足抗表12.2.9要求。

                      對下部結構目前可采用隔震模型計算也可以采用非隔震模型計算。

                      下部結構設計過程隔震模型

                      軟件實現流程:

                      1、將隔震模型復制兩份;

                      2、一個隔震模型進行彈性的反應譜法計算,得到配筋結果;

                      3、將另一個隔震模型進行彈性的反應譜法計算,并和2進行包絡設計,取2截面驗算配筋,取3截面驗算配筋。由此得到下部結構構件的配筋設計結果。

                      由于是對隔震模型反應譜法計算,此時用到的是隔震支座的線性參數,即有效剛度、有效阻尼,中震時應取剪切變形100%的等效剛度和等效粘滯阻尼比。大震時,采用剪切變形250%時的等效剛度和等效粘滯阻尼比,當隔震支座直徑較大時可以采用剪切變形100%時的等效剛度和等效粘滯阻尼比。

                      1)隔震模型大震彈性反應譜法計算

                      隔震支座對下部結構沒有隔離地震的作用,所以其抗震等級還是按原設防烈度取。

                      隔震支座選用剪切變形250或者200%時的有效剛度和有效阻尼。直徑較大時也可取剪切變形100%時的有效剛度和有效阻尼。此例取100%的有效剛度、有效阻尼。

                      生成數據+全部計算

                      得到大震彈性設計結果

                      2隔震模型中震彈性的反應譜法計算及包絡設計

                      隔震支座對下部結構沒有隔離地震的作用,所以其抗震等級還是按原設防烈度取。

                      包絡參數設置:

                      隔震支座選用剪切變形100%時的有效剛度和有效阻尼。

                      在前處理中指定需要包絡的構件。當下部結構有多層時,一般情況下,對于隔震層下一層與隔震支墩直接相連的豎向構件(柱)和與此柱相連的框架梁需要進行指定包絡,對于次要構件比如一般梁、懸挑梁都可不進行包絡,直接取中震彈性結果。對于不與支墩直接相連的樓層一般只指定相應的柱取包絡即可。

                      進行生成數據及計算,得到最終的下部結構設計結果。

                      下部結構設計過程非隔震模型

                      下面介紹的方法不是規范明確指出的方法,如果前段(二)的計算已經足夠,可以到此為止,這里是根據上部結構的設計思路和規范對隔震層以下結構的條文要求推導而來的,一部分設計院采用此種方式設計,用戶可根據自己的判斷是否使用。

                      軟件實現流程:

                      1、將非隔震模型復制;

                      2、一個非隔震模型進行彈性反應譜法計算,考慮水平向減震系數β,得到配筋結果;

                      3、將另一個非隔震模型進行彈性下的反應譜法計算,考慮水平向減震系數β,并和2進行包絡設計,取2截面驗算配筋,取3截面驗算配筋。由此得到下部結構構件的配筋設計結果。

                      1非隔震模型大震彈性的反應譜法計算,考慮β

                      生成數據計算,得到結果

                      2)非隔震模型中震彈性反應譜法計算,考慮β

                      包絡設置

                      在前處理中指定需要包絡的構件。當下部結構有多層時,一般情況下,對于隔震層下一層與隔震支墩直接相連的豎向構件(柱)和與此柱相連的框架梁需要進行指定包絡,對于次要構件比如一般梁、懸挑梁都可不進行包絡,直接取中震彈性結果。對于不與支墩直接相連的樓層一般只指定相應的柱取包絡即可。

                      生成數據+全部計算,得到最終的下部結構配筋

                      )大震彈塑性計算分析

                      可以對隔震模型(整體模型)采用大震彈塑性動力分析軟件YJK-EP計算,取其隔震層以下部分的結果,判斷隔震層支墩、支柱及相連構件,隔震層以下的結構(包括地下室和隔震塔樓下的底盤)中直接支承隔震層以上結構的相關構件,是否滿足嵌固的剛度比和隔震后設防地震的抗震承載力要求、按罕遇地震抗剪承載力驗算要求,以及隔震層以下地面以上的結構在罕遇地震下的層間位移角限值要求等。

                      流程:

                      1用算隔震層的隔震模型進行反應譜計算,此為中間過程。

                      2)進行大震彈塑性計算,可采用算上部結構的地震波。

                      將得出的層間位移角和《抗規》表12.2.9比較即可。

                      也可以在彈塑性模塊中指定某些構件的不屈服項,進行大震彈塑性計算并給出大震配筋。

                      、基礎設計-非隔震模型

                      《抗規》12.2.9條第3款,震建筑地基基礎的抗震驗算和地基處理仍應按本地區抗震設防烈度進行,.

                      徹底不考慮隔震效果,用非隔震模型小震反應譜法計算,然后傳到基礎模塊進行基礎設計。

                      軟件實現流程:

                      隔震模型按本地區設防烈度(不降低設防烈度的)進行地震計算;

                      到基礎模塊中進行基礎建模及計算設計。

                      進行生成數據+全部計算。

                      進入基礎設計模塊,進行基礎設置及設計計算。此處略

                      、隔震支座參數屬性及設置方式詳解

                      1.????? 隔震層的建模方法

                      目前對隔震層主要有兩種建模方法。

                      1隔震層為單獨的一層

                      隔震層為單獨的一層,由梁和柱組成,上層如為剪力墻則梁成為轉換梁。隔震支座設在柱下,可通過計算前處理的單點約束菜單設置。

                      2隔震層由單獨的2層組成

                      隔震層由2層組成,下面層布置的都是一根根獨立的柱,模仿隔震支座的支墩。上面的層由梁和柱組成,柱很短,隔震支座設在該層柱下,可通過計算前處理的單點約束菜單設置。

                      2.????? 單點約束的應用

                      當隔震支座所處位置的節點連接關系較為簡單,沒有橫向構件與之相連時,用戶可以直接采用單點約束來很方便的布置隔震支座,如下圖所示結構。

                      在該結構基底布置隔震支座時,依次點擊上部結構計算前處理及計算節點屬性單點約束柱底節點,并在右上角選擇樓層第一自然層對應的標準層。在彈出的對話框中

                      選擇隔震支座,并定義好相應的參數,將需要布置隔震支座的位置用鼠標圈起來即可。布置好后,在柱底節點的相應位置會顯示出隔震支座的參數。

                      3.????? 參數輸入及各參數的意義

                      隔震支座的參數對話框如下圖所示,其中1軸為軸向,2軸和3軸為水平方向。

                      單點約束1、2、3軸為整體坐標系-Z、Y、-X方向。

                      線性部分的參數(有效剛度和有效阻尼)在3個坐標軸上意義一致,有效剛度的意義是將非線性構件等效成一根線性構件后的剛度,此剛度對結構周期、反應譜計算和快速非線性(FNA)時程分析結果有較大影響。有效阻尼只影響附加阻尼比,從而影響反應譜計算結果。由于隔震模型的反應譜結果一般不被關注,所以有效阻尼可以填0。若想計算有效阻尼,也可參考YJK幫助文檔中的公式。

                      對于非線性參數,軸向和水平向意義不一致,下面分別說明。
                      ????????????? (1) 軸向U1非線性參數

                      ????????????? 剛度:隔震支座軸向受壓剛度。

                      ????????????? 抗拉剛度:隔震支座軸向受拉剛度。

                      截面積:隔震支座的橫截面積,彈性時程模塊會使用該參數計算隔震支座的拉壓應力,若填0,則對應的隔震支座拉壓應力均為0.

                      ????????????? (2) 水平方向U2、U3非線性參數

                      ????????????? 剛度:隔震支座水平方向屈服前剛度

                      ????????????? 屈服力:隔震支座的屈服力。

                      ????????????? 屈服后剛度比:隔震支座屈服后的剛度與屈服前剛度的比值。

                      4.????? 參數輸入舉例及注意事項

                      隔震支座生產廠家給出的隔震支座參數表如圖所示。

                      以圖中紅框所在行為例,其截面為圓形,由表中給的數據可知以下隔震支座參數:

                      (1)????? 直徑:650mm

                      (2)????? 豎向壓縮剛度:3051kN/mm

                      (3)????? 水平等效剛度:2.48kN/mm

                      (4)????? 屈服后剛度:1.62kN/mm

                      (5)????? 屈服力:92kN

                      按照目前大多數隔震工程的經驗,隔震支座拉剛度為壓剛度的1/6~1/10,屈服后剛度和屈服前剛度比一般取1/131/15。若對這兩個參數不確定,也可征求生產廠家的意見。根據以上參數,可以將其換算為YJK隔震支座單元的輸入參數(注意軟件中的量綱為kN, m):

                      (1)????? 隔震支座面積:3.14*0.65*0.65/4=0.332m2

                      (2)????? U1方向有效剛度一般與壓剛度設為一致:3051000kN/m

                      (3)????? U1方向非線性參數的壓剛度:3051000kN/m

                      (4)????? U1方向非線性參數的拉剛度:305100kN/m

                      (5)????? U2U3方向有效剛度:2480kN/m

                      (6)????? U2U3方向屈服后剛度比:1/13=0.0769

                      (7)????? U2U3方向屈服力:92kN

                      (8)????? U2U3方向非線性剛度=屈服后剛度/屈服后剛度比=1620/0.0769=21060kN/m

                      (9)????? 由于不再推薦采用反應譜方法計算隔震結構,所以有效阻尼可以填0。

                      最終設定好的參數對話框為:

                      應注意,目前FNA彈性時程模塊的工況組合功能是將恒載、活載、地震三個工況的隔震支座各向指標的結果進行線性疊加。所以如果用戶設定了隔震支座軸向拉壓剛度不一致,其軸向存在非線性,所以此時應謹慎處理其拉壓內力及拉壓應力的結果。并且此時將地震工況的分項系數設置為負數將會產生錯誤結果。例如,若隔震支座壓剛度為拉剛度的10倍,則很可能某個隔震支座在地震單工況下產生的最大拉力為1kN,最大壓力為10kN(僅舉例),假定將地震工況的分項系數設置為-1,那么相當于地震單工況下,該隔震支座的最大拉力為10kN,最大壓力為1kN,顯然不符合實際情況,此時應該將地震波數據加負號,再次計算。

                      用戶也可不設定拉壓剛度不一致,將拉剛度設為和壓剛度一致進行計算,而后看工況組合下各支座的拉壓內力,如果沒有出現受拉的情況,則證明計算結果無誤。

                      5.????? 在其他軟件中等效拉壓剛度不一致的方法

                      由于在MIDAS、ETABSSAP2000等軟件中,隔震支座單元軸向并不支持拉壓剛度不一致,故需要等效,此時需要使用GAP單元。

                      GAP單元是一種非線性力學單元的名稱,也稱間隙單元或縫單元。如圖所示,其力學行為描述如下:

                      f=kd+open??? d+open<0?????????? 0????????????? d+open≥0

                      式中dGAP單元兩端相對位移,且當受拉時為正值,受壓時為負值;open為用戶初始指定的間隙(必須是正);k為用戶指定的GAP單元的剛度。從上式中可以看出,該單元只能在初始間隙閉合后才能受壓,且不能受拉。若將open值設為0,則GAP單元完全等效于僅受壓單元。

                      利用GAP單元的特性,可采用隔震支座單元并聯GAP單元的模式來等效隔震支座軸向拉壓剛度不一致的情形,例如當隔震支座軸向壓剛度為3051000 kN/m,拉剛度為305100 kN/m時。需要將隔震支座單元的軸向剛度設為305100 kN/m;GAP單元的間隙值(open)設為0,剛度設為3051000 kN/m-305100 kN/m=2745900 kN/m。此時,兩個單元并聯后的剛度表現如下:

                      受拉剛度 = 305100 kN/m(隔震支座單元)+ 0 kN/m(GAP單元)= 305100 kN/m

                      受壓剛度 = 305100 kN/m(隔震支座單元)+ 2745900 kN/m(GAP單元)= 3051000 kN/m

                      此時,與在YJK中隔震支座U1方向開啟非線性后,壓剛度設為3051000kN/m,拉剛度設為305100 kN/m等效。

                      但應注意,在設置有效剛度參數時,在ETABSMIDAS中,隔震支座單元的有效剛度與GAP單元的有效剛度之和應等于YJK中隔震支座單元的有效剛度。

                      注:以上等效方式在使用最新版本盈建科軟件YJKETABS接口時,接口程序會自動按照上述要求,將YJK中拉壓剛度不一致的隔震支座等效為隔震支座單元和GAP單元并聯的模式寫入到生成的ETABS模型中。

                      、時程分析法計算計算隔震結構技術原理

                      按照《抗規》12.2.2中關于隔震結構計算的規定,一般情況下,宜采用時程分析方法進行計算。

                      計算屬于非線性分析計算。

                      1.地震波選取

                      可在非隔震結構上選取地震波;

                      1) 基本要求:7條波取平均,3條波取包絡;天然波數量不少于波總數的2/3;彈性時程分析時每條波計算所得結構底部剪力不應小于振型分解反應譜法計算的65%;多條波時平均值不應小于80%;有效持時為結構基本周期的5~10倍;確定減震系數時按中震計算;需考慮近場影響時地震波輸入應考慮近場影響系數(確定減震系數時與之對比的非隔震模型亦應按中震并乘以近場影響系數計算);

                      2)地震波在主要周期(一般可取前3個周期)點上的相似性要求:應同時滿足隔震和非隔震在主要周期點上的相似性要求;確有困難時對非隔震結構主要周期點上的相似性要求可適當放寬。

                      計算示例如下:

                      ?? 1)用非隔震模型選地震波,若選3條取包絡值,7條取平均值,保證兩模型在主要周期點上符合相似性要求。

                      ??? 可以先按稍多條數來選擇地震波,因為是按照非隔震模型選擇地震波,還要保證隔震模型與非隔震模型在主要周期點上符合相似性要求,所以需要人工逐條比對,挑選出在主要周期點上相差最少的一組來進行中震彈性時程分析。

                      2)盡量保證主要周期點上的相似性

                      2.快速非線性(FNA)方法

                      快速非線性(Fast Nonlinear Analysis,簡稱FNA)方法,是一種非線性的模態疊加方法,原理是將結構的線性部分和非線性部分隔離開,通過非線性力迭代的方式對結構進行計算。下面對其優缺點進行簡單概括。

                      優點:其計算速度較之非線性直接積分法要快很多,適用于計算具有有限數量的非線性構件、僅存在局部非線性行為的結構。因而在進行減震隔震計算時,若只考慮結構中隔震支座、阻尼器、屈曲約束支撐等構件的非線性行為,而結構其余構件均考慮為線性構件時,該方法較為實用。

                      缺點:由于該方法的計算依賴于結構的模態結果,所以非線性構件的線性部分的有效剛度填寫的準確與否,對計算結果將會有一定的影響。對于減震結構,由于減震器的影響范圍有限,使用FNA方法一般都可以得到較為準確的結果。但對于隔震結構而言,由于隔震支座的加入,往往會較大的改變結構底部的力學性能,對結構的模態周期影響很大,由其產生的非線性亦會影響結構的整體,從而不能嚴格滿足結構僅有局部非線性這一條。此時,若想用FNA法得到較為準確的結果,則需要將隔震支座的有效剛度填寫準確。若不能確定有效剛度,也可采用直接積分法對隔震層的層剪力進行校核。一般而言,若FNA法計算的隔震層剪力偏小,則說明隔震支座的有效剛度值偏??;反之偏大。

                      3直接積分法

                      盈建科軟件的直接積分法采用Newmark方法,該方法是傳統的動力分析隱式方法,下面對其優缺點進行概括。

                      優點:該方法對非線性動力分析非常有效,無論是局部非線性或是整體非線性,Newmark方法均能得到準確的結果。在盈建科直接積分法模塊中,只考慮隔震支座、阻尼器、屈曲約束支撐等特殊構件的非線性行為,計算過程中完全不依賴其線性部分的有效剛度,只采用非線性參數進行計算,所以使用此方法計算時,不必考慮填入的有效剛度是否準確。需要補充說明的是,直接積分法模塊中也加入了計算模態周期的功能,有效剛度會影響直接積分法模塊中的振型結果,但由于直接積分法動力分析本身與振型(模態)毫無關聯,所以動力時程分析結果不會因有效剛度的改變而改變。

                      缺點:該方法在每個時間步進行計算時,都需要重新組裝總體剛度矩陣,重新對剛度矩陣進行分解,因而計算速度較之快速非線性法要慢很多。

                      注:從1.8.0版本開始,直接積分法模塊已經加入平衡迭代;1.7.1版本的直接積分法模塊未加入平衡迭代的功能。建議在使用1.7.1直接積分法時,計算兩次,第二次縮減一半時間步長,若兩次得到結果近似,則證明結果正確,否則需要繼續縮短步長再次進行計算,直到縮減步長前后,計算結果差異可以接受為止。

                      、非隔震結構的上部結構分析計算要點

                      1、對非隔震結構按照αmaxl進行結構計算

                      照當地設防烈度,對同樣的、但未設置隔震支座信息的結構進行計算,采用原設防烈度不調整的水平地震影響系數最大值αmax填入地震計算參數的地震影響系數最大值項,交互調整后的水平向減震系數(β/ψ數值,完成最終結構設計計算。

                      這里輸入的αmax是考慮調整系數的。

                      2、上部結構最小樓層剪重比控制與調整

                      《抗震規范》12.2.5-3條規定:隔震層以上結構的總水平地震作用不得低于非隔震結構在6度設防時的總水平地震作用,并應進行抗震驗算;各樓層的水平地震剪力尚應符合本規范第5.2.5條對本地區設防烈度的最小地震剪力系數的規定。

                      烏魯木齊建筑隔震技術應用規定2.3.2-2條規定:各樓層水平地震剪力應符合抗5.2.5條(最小剪重比)要求。當不能滿足原設防烈度下最小剪重比要求時,可直接調整樓層剪力(將不足樓層乘以相應提高系數,調至該樓層滿足最小剪重比即可),但當調整系數最大值大于1.3時,宜調整上部結構。

                      設置好本地區設防烈度后,軟件就按照輸入的水平地震影響系數最大值計算并進行最小剪重比調整。因交互的是原設防烈度的地震影響系數最大值,故滿足規范要求。

                      針對規范規定的不小于6度設防時的總水平地震作用,用戶可以人工比較下折減后的水平地震影響系數最大值與6度設防時的數值,如果折減后的數值大,則計算結果自然滿足6度設防要求;如果折減后的數值小,則調整后的水平減震系數6度設防要求填寫相應折減比例即可。

                      3、豎向地震

                      《抗震規范》12.2.1條規定:隔震層以上結構的水平地震作用應根據水平向減震系數確定;其豎向地震作用標準值,8度(0.20g)、8度(0.30g)和9度時分別不應小于隔震層以上結構總重力荷載代表值的20%、30%和40%。

                      《抗震規范》12.2.5-4條規定:9度時和8度且水平向減震系數不大于0.3時,隔震層以上的結構應進行豎向地震作用的計算。隔震層以上結構豎向地震作用標準值計算時,各樓層可視為質點,并按本規范式(5.3.1-2)計算豎向地震作用標準值沿高度的分布。

                      烏魯木齊建筑隔震技術應用規定2.3.4條規定:

                      1. 9度時和8度且水平向減震系數不大于0.3時,應進行上部結構的豎向地震作用計算;其它情況可不進行豎向地震作用計算。

                      2. 豎向地震作用標準值取值(8度0.2g、8度0.3g、9度分別不小于隔震層以上結構總重力荷載代表值的20%、30%和40%)。

                      由于隔震層對豎向地震作用沒有隔效果,且軟件是根據水平地震影響系數最大值計算豎向地震影響系數的,因此需要對豎向地震進行調整。

                      目前可以直接用簡化方法,即重力荷載代表值的20%、30%、40%來考慮。也可以用上部結構參數中的反應譜法計算。

                      ?

                      當采用反應譜法計算時,由于采用的地震影響系數最大值可以和水平地震不同,也就是可以不考慮 調整后的水平減震系數,所以可直接采用反應譜法計算的豎向地震標準值。

                      ?

                      對于隔震層的計算需要考慮三向地震,建議在直接積分法中交互輸入三向地震波,進行時程分析,詳細設計過程可參見隔震層設計章節。

                      4、上部結構的抗震措施

                      《抗震規范》12.2.7-2條規定:隔震層以上結構的抗震措施,當水平向減震系數大于0.40時(設置阻尼器時為0.38)不應降低非隔震時的有關要求;水平向減震系數不大于0.40時(設置阻尼器時為0.38),可適當降低本規范有關章節對非隔震建筑的要求,但烈度降低不得超過1度,與抵抗豎向地震作用有關的抗震構造措施不應降低。此時,對砌體結構,可按本規范附錄L采取抗震構造措施。

                      :與抵抗豎向地震作用有關的抗震措施,對鋼筋混凝土結構,指墻、柱的軸壓比規定;對砌體結構,指外墻盡端墻體的最小尺寸和圈梁的有關規定。

                      烏魯木齊建筑隔震技術應用規定2.3.5-1條規定:水平向減震系數大于0.4(設阻尼器時0.38)時不應降低非隔震時的有關要求;水平減震系數不大于0.4(設阻尼器時不大于0.38)時,可適當降低要求,但烈度降低不得超過1度,且與抵抗豎向地震作用的有關抗震構造措施不應降低(詳《建筑抗震設計規范》GB50011-2010第12.2.7.2條)。

                      關于抗震措施與抗震構造措施的抗震等級,用戶可根據上表確定。

                      5、上部結構的抗傾覆驗算

                      烏魯木齊建筑隔震技術應用規定2.3.4條規定:

                      1. 當上部結構高寬比超過4時,非隔震結構在小震作用下基礎不應出現拉應力。

                      2. 當上部結構高寬比超過相關規范限值時,隔震層以上結構應進行大震下抗傾覆驗算(上部結構重力荷載代表值作為抗傾覆力矩),抗傾覆力矩系數應不小于1.2。

                      在進行罕遇地震下驗算時,其水平地震影響系數最大值可根據減震系數β值按抗條文說明12.2.5條表7調整的烈度取值。用戶輸入大震下的水平地震影響系數最大值,計算后查看wmass.out中關于抗傾覆驗算內容。

                      建議進行罕遇地震驗算時,將當前隔震設計工程的子目錄復制一份,在復制的子目錄里進行隔震層以下的設計。

                      6、高層隔震結構

                      烏魯木齊建筑隔震技術應用規定2.6.3-2b點規定:高層隔震結構在罕遇地震作用下的抗傾覆能力是保證隔震整體穩定性的重要性能要求,故當建筑物處于9度區,且高寬比大于3時,應在隔震層設置可靠地防傾覆裝置;對于高寬比大于3的其它高層隔震結構,均宜設置防傾覆裝置。

                      烏魯木齊建筑隔震技術應用規定2.6.3-2c點規定:對于高度較高的高層隔震結構,在進行罕遇地震分析時,宜考慮上部結構彈塑性對隔震層的地震響應影響;

                      可以使用YJK彈塑性動力時程分析模塊進行隔震結構的整體分析,得到隔震支座的各項指標。

                      ?

                      第二節 震計算實例及對比分析

                      ETABS算例1云縣圖書館

                      一、工程概況

                      抗震設防烈度8度,設計基本地震加速度峰值為0.20g,設計地震分組第三組,II 類場地,場地特征周期0.45s。采用框架形式,樓層數為4層,建筑結構高度17.1m,寬19.3m,高寬比0.9。屬于重點設防類,乙類建筑。

                      二、計算模型

                      該工程從ETABS數據轉換到YJK而來。為防止兩個軟件對模型的質量分布不一致,再將生成的YJK工程轉換回ETABS,這樣計算結果更具可比性。本工程采用的橡膠隔震支座,在選擇其直徑、個數和平面布置時,主要考慮了以下因素:

                      1)根據《抗規》12.2.3條,同一隔震層內各個橡膠隔震支座的豎向壓應力宜均勻,豎向平均應力不應超過乙類建筑的限值12Mpa。

                      2在罕遇地震作用下,隔震支座不宜出現拉應力,當少數隔震支座出現拉應力時,其拉應力不應大于1MPa。

                      3)隔震支座的水平位移限值不應超過其有效直徑的0.55倍和各橡膠層總厚度3倍二者的較小值。

                      本工程共使用了28個支座,各類型支座數量及力學性能詳見表7。隔震支座平面布置見圖。隔震結構屈重比0.023。

                      下圖是在ETABS中定義的隔震支座的屬性參數,以用的較多的LRB600型支座參數為例。

                      C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTMLee21919.PNGC:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTMLee36fd0.PNG

                      C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTMLee46314.PNG C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTMLee52ac5.PNG

                      為了實現隔震支座軸向拉壓剛度不一致,在ETABS中為每個隔震支座下都設置了Gap單元如下圖:

                      Gap是一種非線性力學單元的名稱,其屬性參數設置如下圖,特征就是間隙參數設置為0。由于ETABS中隔震支座單元并不支持軸向拉壓剛度不一致,為模擬拉壓剛度不一致,需要采用隔震支座并聯Gap單元的模式,例如隔震支座軸向壓剛度為2200000 kN/m,拉剛度為220000 kN/m,利用間隙單元只能受壓不能受拉的性質,將隔震支座軸向剛度設為220000 kN/m,Gap單元的剛度設為2200000 kN/m-220000 kN/m=1980000kN/m。在YJK中,用戶不必做此考慮,直接將隔震支座的拉壓剛度輸入進其軸向非線性參數中即可,程序會自動考慮其拉壓剛度不一致。

                      C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTML5031493.PNG

                      下圖是ETABS時程分析計算輸入的地震波之一。

                      C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTMLef90ebd.PNG

                      C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTML14dddcf3.PNG

                      三、YJK計算模型

                      ????????????? YJK模型中的隔震支座做如下設定,以LRB500隔震支座為例,其軸向壓剛度為2200000 kN/m,拉剛度為220000kN/m,橫截面積為0.196m2。需要補充說明的是,此時YJK的隔震支座單元相當于ETABS中隔震支座與Gap單元并聯,所以其有效剛度為ETABS中隔震支座與對應Gap單元的有效剛度之。

                      ?

                      下圖是ETABSLRB500型隔震支座轉到YJK單點約束下的隔震參數。

                      YJK用戶應核對相關的地震參數,保證與ETABS中的一致。

                      四、隔震結構模態周期計算結果對比

                      YJK周期計算結果:

                      ETABS周期計算結果:

                      表1隔震結構周期對比

                      階數

                      YJK(s)

                      ETABS(s)

                      差值(%)

                      1

                      2.5897

                      2.5897

                      0

                      2

                      2.5796

                      2.5796

                      0

                      3

                      2.4639

                      2.4639

                      0

                      4

                      0.6716

                      0.6716

                      0

                      5

                      0.6007

                      0.6007

                      0

                      6

                      0.5481

                      0.5481

                      0

                      7

                      0.5300

                      0.5300

                      0

                      8

                      0.5027

                      0.5027

                      0

                      9

                      0.4378

                      0.4378

                      0

                      10

                      0.4012

                      0.4012

                      0

                      11

                      0.3954

                      0.3954

                      0

                      12

                      0.3460

                      0.3460

                      0

                      13

                      0.3427

                      0.3427

                      0

                      14

                      0.3222

                      0.3222

                      0

                      15

                      0.2916

                      0.2916

                      0

                      五、ETABSYJK快速非線性(FNA)時程分析計算結果對比

                      YJK的時程分析的參數修改如下。

                      C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTMLa2c31fd.PNG

                      ?

                      1、層剪力計算結果對比

                      2 時程分析地震層剪力對比

                      層數

                      YJK(KN)

                      ETABS(KN)

                      相對差值

                      5

                      1843.83

                      1842.15

                      0.091%

                      4

                      4008.77

                      4007.23

                      0.038%

                      3

                      5655.99

                      5656.50

                      0.009%

                      2

                      8388.64

                      8392.56

                      0.047%

                      1

                      11293.32

                      11301.93

                      0.076%

                      ?

                      2、隔震支座X向地震單工況最大拉壓內力對比

                      3 時程分析各隔震支座地震單工況下最大拉內力對比(kN

                      支座編號

                      YJK

                      最大值

                      ETABS

                      支座最大值

                      ETABS

                      間隙最大值

                      ETABS

                      最大值

                      相對誤差

                      %

                      1

                      52.1174

                      52.2

                      0

                      52.2

                      0.158488

                      2

                      67.083

                      67.22

                      0

                      67.22

                      0.204225

                      3

                      62.2784

                      62.04

                      0

                      62.04

                      0.382797

                      4

                      54.6968

                      54.56

                      0

                      54.56

                      0.250106

                      5

                      6.0619

                      6.13

                      0

                      6.13

                      1.12341

                      6

                      6.54866

                      6.62

                      0

                      6.62

                      1.089383

                      7

                      9.23217

                      9.17

                      0

                      9.17

                      0.673406

                      8

                      12.1828

                      12.14

                      0

                      12.14

                      0.351315

                      9

                      3.86782

                      3.84

                      0

                      3.84

                      0.719268

                      10

                      0.830175

                      0.79

                      0

                      0.79

                      4.839341

                      11

                      1.13905

                      1.09

                      0

                      1.09

                      4.30622

                      12

                      4.05021

                      3.97

                      0

                      3.97

                      1.980391

                      13

                      0.81509

                      0.84

                      0

                      0.84

                      3.056104

                      14

                      1.19301

                      1.21

                      0

                      1.21

                      1.424129

                      15

                      1.22252

                      1.08

                      0

                      1.08

                      11.65789

                      16

                      0.966122

                      0.85

                      0

                      0.85

                      12.01939

                      17

                      2.14564

                      2.11

                      0

                      2.11

                      1.661043

                      18

                      2.44624

                      2.42

                      0

                      2.42

                      1.072667

                      19

                      1.76458

                      1.79

                      0

                      1.79

                      1.440569

                      20

                      1.39568

                      1.4

                      0

                      1.4

                      0.309527

                      21

                      2.96612

                      3.08

                      0

                      3.08

                      3.839359

                      22

                      4.23921

                      4.19

                      0

                      4.19

                      1.160829

                      23

                      4.29636

                      4.21

                      0

                      4.21

                      2.010074

                      24

                      2.29042

                      2.25

                      0

                      2.25

                      1.764742

                      25

                      43.4608

                      43.39

                      0

                      43.39

                      0.162905

                      26

                      57.0805

                      56.96

                      0

                      56.96

                      0.211105

                      27

                      53.2719

                      53.36

                      0

                      53.36

                      0.165378

                      28

                      42.1632

                      42.24

                      0

                      42.24

                      0.182149

                      ?

                      4 時程分析各隔震支座地震單工況下最大壓內力對比(kN

                      支座編號

                      YJK

                      最大值

                      ETABS

                      支座最大值

                      ETABS

                      間隙最大值

                      ETABS

                      最大值

                      相對誤差

                      %

                      1

                      -485.87

                      -48.56

                      -437.08

                      -485.64

                      0.047338

                      2

                      -629.844

                      -62.93

                      -566.4

                      -629.33

                      0.081608

                      3

                      -581.912

                      -58.22

                      -523.98

                      -582.2

                      0.049492

                      4

                      -507.918

                      -50.84

                      -457.52

                      -508.36

                      0.087022

                      5

                      -78.7926

                      -7.73

                      -69.53

                      -77.26

                      1.945107

                      6

                      -82.7943

                      -8.13

                      -73.13

                      -81.26

                      1.853147

                      7

                      -99.7812

                      -9.98

                      -89.78

                      -99.76

                      0.021246

                      8

                      -127.88

                      -12.81

                      -115.33

                      -128.14

                      0.203316

                      9

                      -32.7068

                      -3.15

                      -28.32

                      -31.47

                      3.781477

                      10

                      -10.1688

                      -0.96

                      -8.62

                      -9.58

                      5.79026

                      11

                      -11.7781

                      -1.13

                      -10.21

                      -11.34

                      3.719615

                      12

                      -34.3122

                      -3.45

                      -31.05

                      -34.5

                      0.547327

                      13

                      -9.18022

                      -0.79

                      -7.1

                      -7.89

                      14.05435

                      14

                      -13.0339

                      -1.16

                      -10.46

                      -11.62

                      10.84787

                      15

                      -11.211

                      -1.12

                      -10.07

                      -11.19

                      0.187316

                      16

                      -9.58118

                      -0.93

                      -8.33

                      -9.26

                      3.352197

                      17

                      -24.6245

                      -2.4

                      -21.58

                      -23.98

                      2.617312

                      18

                      -19.4114

                      -1.86

                      -16.73

                      -18.59

                      4.231534

                      19

                      -18.0414

                      -1.87

                      -16.86

                      -18.73

                      3.816777

                      20

                      -13.334

                      -1.35

                      -12.13

                      -13.48

                      1.094945

                      21

                      -27.139

                      -2.52

                      -22.72

                      -25.24

                      6.99731

                      22

                      -33.2968

                      -3.11

                      -27.99

                      -31.1

                      6.597631

                      23

                      -34.4039

                      -3.58

                      -32.25

                      -35.83

                      4.14517

                      24

                      -25.5709

                      -2.64

                      -23.77

                      -26.41

                      3.281464

                      25

                      -464.891

                      -46.62

                      -419.57

                      -466.19

                      0.27942

                      26

                      -603.524

                      -60.55

                      -544.99

                      -605.54

                      0.334038

                      27

                      -578.285

                      -57.54

                      -517.88

                      -575.42

                      0.49543

                      28

                      -459.74

                      -45.8

                      -412.24

                      -458.04

                      0.369774

                      ????????????? 對于ETABS而言,由于在只受壓狀態下或只受拉狀態下隔震支座和間隙單元都是線性的,所以隔震支座單元的最大最小拉壓力和間隙單元的最大最小拉壓力是有可加性的,相加后的值恰好和YJK中支持拉壓剛度不一致的隔震支座單元完全等效。

                      從以上兩表中可以看出,除了13、14、15、164個位于結構正中間一列的隔震支座之外,兩個軟件計算結果的差別幾乎可以忽略不計。而這4個隔震支座由于位于結構X向正中間,在X向地震作用下其拉壓力接近0,所以深究這4個支座拉壓內力的意義不大。

                      5 時程分析各隔震支座地震單工況下X向最大內力對比(kN

                      支座編號

                      YJK最大值

                      ETABS最大值

                      相對誤差(%

                      1

                      311.969

                      311.62

                      0.11187

                      2

                      314.405

                      313.92

                      0.15426

                      3

                      315.607

                      315.07

                      0.170148

                      4

                      312.568

                      312.01

                      0.178521

                      5

                      313.068

                      312.91

                      0.050468

                      6

                      430.64

                      430.4

                      0.055731

                      7

                      377.279

                      377.53

                      0.066529

                      8

                      359.573

                      359.19

                      0.106515

                      9

                      313.234

                      313.19

                      0.014047

                      10

                      361.47

                      361.32

                      0.041497

                      11

                      377.072

                      377.33

                      0.068422

                      12

                      359.532

                      359.19

                      0.095124

                      13

                      313.447

                      313.45

                      0.000957

                      14

                      361.527

                      361.42

                      0.029597

                      15

                      362.672

                      362.52

                      0.041911

                      16

                      359.602

                      359.28

                      0.089543

                      17

                      313.185

                      313.19

                      0.001597

                      18

                      361.514

                      361.41

                      0.028768

                      19

                      362.558

                      362.41

                      0.040821

                      20

                      359.539

                      359.23

                      0.085943

                      21

                      358.548

                      358.56

                      0.003347

                      22

                      430.737

                      430.55

                      0.043414

                      23

                      431.861

                      431.62

                      0.055805

                      24

                      359.519

                      359.23

                      0.080385

                      25

                      311.759

                      311.53

                      0.073454

                      26

                      314.432

                      314.1

                      0.105587

                      27

                      315.265

                      314.9

                      0.115776

                      28

                      312.497

                      312.11

                      0.123841

                      由上表可以看出,兩個軟件對隔震支座最大水平內力的計算結果是高度一致的。

                      兩個軟件對隔震支座最大相對位移的計算偏差情況與內力的偏差情況完全類似。用戶有興趣可以自行對比,此處不再贅述。

                      六、預置工況組合下隔震支座的拉壓應力輸出

                      在彈性時程分析計算菜單中專門設置了菜單工況組合隔震支座應力圖。

                      ????????????? 假定在計算之前,用戶指定了如下圖所示的工況組合。

                      ????????????? 計算結束后,點擊隔震支座應力圖按鈕,就可以看到在該工況組合下的隔震支座最大應力值(前提是隔震支座參數輸入時給了面積參數,否則按0處理),選定U1方向,則為軸向最大拉壓應力值。

                      七、隔震支座的滯回曲線輸出

                      在彈性時程分析計算菜單中專門設置了菜單非線性數據圖表。

                      ????????????? 點擊非線性數據圖表按鈕后,軟件自動彈出如下圖的右側對話框,并繪圖。只需在右側對話框選定對應的地震波、方向、坐標軸種類等內容,就可以采用拾取繪線、拾取繪表按鈕方便的點選圖中粉色的構件來獲取相應的圖線和圖表了。

                      1號隔震支座為例,其軸向拉壓變形內力曲線(注意拉壓不一致)為:

                      ?

                      ?

                      ?

                      X向變形-內力滯回曲線為:

                      八、結論

                      1、YJK采用的隔震支座單元,支持拉壓剛度不一致,摒棄了采用隔震支座并聯間隙(GAP)單元模擬拉壓剛度不一致的做法。用戶建模時只需要直接輸入拉壓剛度,而不用再單獨建立間隙單元,也不需要考慮為隔震支座單元和間隙單元分配軸向剛度的問題。計算結果表明,YJK的隔震支座單元與ETABS中采用隔震支座與間隙單元并聯方式的計算結果高度一致。另外,當用戶輸入了隔震支座面積時,還可以很方便的獲得每個隔震支座的應力。

                      2、快速非線性時程分析法隔震計算YJKETABS結果對比方面,就宏觀指標而言,兩個軟件計算的各樓層剪力幾乎沒有差別。每個隔震支座的內力,位移的差別亦可忽略不計。

                      3、YJK彈性時程模塊新增的工況組合功能,可以很方便的看到組合后隔震支座的內力,應力和位移。

                      ????????????? 4、YJK彈性時程模塊新增的非線性數據圖表功能,可以很方便的獲取非線性構件的各種計算結果數據,以及滯回曲線,時程曲線等等。

                      ETABS算例2東川紫荊家園

                      一、工程概況

                      抗震設防烈度9度,設計基本地震加速度峰值為0.40g,設計地震分組第二組,II類場地,場地特征周期0.40s。采用剪力墻結構形式,樓層數為18層,建筑結構高度58.8m,寬25.3m,高寬比2.3。屬于標準設防類,丙類建筑。

                      二、計算模型

                      該工程從ETABS數據轉換而來。為防止兩個軟件對模型的質量分布不一致,再將生成的YJK工程轉換回ETABS,這樣計算結果更具可比性。

                      本工程采用的橡膠隔震支座,在選擇其直徑、個數和平面布置時,主要考慮了以下因素:

                      (1)根據《抗規》12.2.3條,同一隔震層內各個橡膠隔震支座的豎向壓應力宜均勻,豎向平均應力不應超過丙類建筑的限值15Mpa。

                      (2)在罕遇地震作用下,隔震支座不宜出現拉應力,當少數隔震支座出現拉應力時,其拉應力不應大于1MPa。

                      (3)隔震支座的極限水平變位應小于其有效直徑的0.55倍和各橡膠層總厚度3倍二者的較小值。

                      本工程共使用了29個支座,各類型支座數量及力學性能詳見表7。隔震支座平面布置見圖4。隔震結構屈重比為0.025。

                      下圖是在ETABS中定義的隔震支座的屬性參數,以用的較多的LRB600型支座參數為例。

                      C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTMLf8e0e92.PNG C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTMLf90fa76.PNG

                      C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTMLf918b7e.PNG C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTMLf91f3c2.PNG

                      與算例1一致,為了實現隔震支座軸向拉壓剛度不一致,在ETABS中為每個隔震支座下都設置了Gap單元如下圖:

                      其屬性參數設置如下圖。

                      下圖是ETABS時程分析計算輸入的地震波之一。

                      C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTMLf9491a6.PNGC:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTML14f3a4e4.PNG

                      三、YJK計算模型

                      YJK模型中的隔震支座做如下設定,以2LRB900隔震支座為例,其軸向壓剛度為7600000 kN/m,拉剛度為760000kN/m,橫截面積為1.272m2。需要補充說明的是,此時YJK的隔震支座單元相當于ETABS中隔震支座與Gap單元并聯,所以其有效剛度為ETABS中隔震支座與對應Gap單元的有效剛度之。

                      下圖是2LRB900隔震支座在YJK單點約束下的隔震參數。

                      ?

                      YJK可在隔震支座屬性中直接支持拉壓剛度不一致,所以不再需要GAP單元。

                      四、隔震結構模態周期計算結果對比

                      1 震結構周期對比

                      階數

                      YJK(s)

                      ETABS(s)

                      差值(%)

                      1

                      2.9595

                      2.9652

                      0.192499

                      2

                      2.9424

                      2.9388

                      0.122655

                      3

                      2.5204

                      2.5254

                      0.196715

                      4

                      0.6597

                      0.6731

                      2.036683

                      5

                      0.6555

                      0.6512

                      0.662853

                      6

                      0.572

                      0.5819

                      1.733217

                      7

                      0.5642

                      0.5598

                      0.781106

                      8

                      0.4218

                      0.4084

                      3.175202

                      9

                      0.3733

                      0.3651

                      2.201447

                      10

                      0.3254

                      0.3289

                      1.083589

                      11

                      0.3095

                      0.2997

                      3.171244

                      12

                      0.2875

                      0.2929

                      1.868174

                      13

                      0.2814

                      0.2761

                      1.894812

                      14

                      0.2712

                      0.2633

                      2.897493

                      15

                      0.2587

                      0.2568

                      0.715501

                      五、時程分析計算結果對比

                      YJK的時程分析的參數修改如下。

                      C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTML14f70a5a.PNG

                      1、時程分析地震剪力對比

                      2 時程分析地震剪力對比

                      層數

                      YJK(KN)

                      ETABS(KN)

                      差值(%)

                      19

                      397.59

                      382.52

                      3.790337

                      18

                      3450.96

                      3521.45

                      2.04262

                      17

                      5724.69

                      5834.41

                      1.91661

                      16

                      7746.89

                      7788.41

                      0.535957

                      15

                      9654.84

                      9704.87

                      0.518186

                      14

                      11377.53

                      11454.83

                      0.679409

                      13

                      12936.13

                      13042.93

                      0.825595

                      12

                      14368.00

                      14499.42

                      0.914671

                      11

                      15722.60

                      15895.57

                      1.100136

                      10

                      17143.42

                      17357.66

                      1.249692

                      9

                      18597.43

                      18840.32

                      1.306041

                      8

                      20130.49

                      20415.18

                      1.414223

                      7

                      21783.56

                      22081.55

                      1.367958

                      6

                      23586.86

                      23868.53

                      1.194182

                      5

                      25567.42

                      25841.62

                      1.072459

                      4

                      27744.79

                      27973.59

                      0.824659

                      3

                      30385.48

                      30551.43

                      0.546149

                      2

                      33648.31

                      33733.42

                      0.25294

                      1

                      38726.25

                      38792.51

                      0.171098

                      2、隔震支座X向地震單工況正負方向最大位移對比

                      3 時程分析各隔震支座地震單工況下正向最大位移對比(mm

                      支座編號

                      YJK

                      最大值

                      ETABS

                      最大值

                      相對誤差

                      %

                      9

                      337.9057

                      337.2854

                      0.183572

                      48

                      341.9461

                      341.894

                      0.015236

                      51

                      343.1581

                      343.1064

                      0.015066

                      52

                      343.1337

                      343.0796

                      0.015766

                      49

                      341.9557

                      341.9293

                      0.00772

                      62

                      344.8182

                      344.592

                      0.0656

                      65

                      345.0585

                      344.8606

                      0.057353

                      66

                      343.8742

                      343.6277

                      0.071683

                      67

                      343.8155

                      343.5719

                      0.070852

                      86

                      345.5337

                      344.9984

                      0.15492

                      94

                      346.1496

                      345.7047

                      0.128528

                      11

                      338.2758

                      338.0893

                      0.055133

                      95

                      346.171

                      345.7208

                      0.130051

                      97

                      345.4814

                      344.9298

                      0.159661

                      104

                      346.8594

                      346.1966

                      0.191086

                      108

                      347.136

                      346.485

                      0.187535

                      105

                      346.1318

                      345.6105

                      0.150607

                      106

                      346.0822

                      345.5564

                      0.151929

                      134

                      347.0243

                      346.6322

                      0.112989

                      131

                      348.3802

                      347.6057

                      0.222315

                      132

                      348.4132

                      347.6414

                      0.221519

                      135

                      346.9956

                      346.6107

                      0.110924

                      12

                      338.2753

                      338.0816

                      0.057261

                      14

                      337.9054

                      337.2966

                      0.180169

                      25

                      340.4142

                      340.1954

                      0.064275

                      21

                      341.4599

                      341.2678

                      0.056258

                      22

                      341.4542

                      341.2598

                      0.056933

                      26

                      340.4134

                      340.1995

                      0.062835

                      40

                      342.5473

                      342.4211

                      0.036842

                      4 時程分析各隔震支座地震單工況下負向最大位移對比(mm

                      支座編號

                      YJK

                      最大值

                      ETABS

                      支座最大值

                      相對誤差

                      %

                      9

                      -369.923

                      -371.078

                      0.312227

                      48

                      -374.456

                      -375.867

                      0.376813

                      51

                      -375.781

                      -377.174

                      0.370695

                      52

                      -375.754

                      -377.145

                      0.370189

                      49

                      -374.468

                      -375.907

                      0.384278

                      62

                      -377.846

                      -378.811

                      0.255395

                      65

                      -378.101

                      -379.086

                      0.260512

                      66

                      -376.894

                      -377.812

                      0.24357

                      67

                      -376.831

                      -377.754

                      0.244937

                      86

                      -379.405

                      -379.416

                      0.002899

                      94

                      -380.137

                      -380.234

                      0.025517

                      11

                      -370.321

                      -371.942

                      0.437728

                      95

                      -380.157

                      -380.248

                      0.023937

                      97

                      -379.343

                      -379.338

                      0.001318

                      104

                      -381.477

                      -380.973

                      0.132118

                      108

                      -381.748

                      -381.253

                      0.129667

                      105

                      -380.763

                      -380.321

                      0.116083

                      106

                      -380.711

                      -380.263

                      0.117675

                      134

                      -383.087

                      -381.909

                      0.307502

                      131

                      -384.572

                      -383.016

                      0.404606

                      132

                      -384.604

                      -383.053

                      0.403272

                      135

                      -383.057

                      -381.882

                      0.306743

                      12

                      -370.32

                      -371.932

                      0.435299

                      14

                      -369.924

                      -371.095

                      0.316552

                      25

                      -372.656

                      -374.073

                      0.380243

                      21

                      -373.795

                      -375.238

                      0.38604

                      22

                      -373.789

                      -375.229

                      0.385244

                      26

                      -372.657

                      -374.079

                      0.381584

                      40

                      -374.982

                      -376.429

                      0.385885

                      七、結論

                      ETABS算例2的東川紫荊家園模型比ETABS算例1中云縣圖書館的模型要復雜很多,其中包含了剪力墻等構件,由于兩個軟件對于墻計算采用不同的有限元單元,所以結果差異較之算例1略大,但從以上給出兩軟件計算的模型周期,FNA時程主方向上的層剪力,隔震支座水平位移的結果比較來看,差距依然可以忽略。

                      YJK算例327328

                      一、工程概況

                      抗震設防烈度7度,設計地震分組第一組,II類場地,場地特征周期0.35s。采用框架結構形式。第2層為隔震層。為了轉化到ETABS數據進行對比分析,特意把隔震層的柱按照豎直的斜桿輸入。

                      二、YJK計算模型

                      三、ETABS計算模型

                      使用YJKETABS轉換接口菜單,將YJK模型轉為ETABS數據,并且在ETABS中導入和YJK相同的地震波。

                      下圖是ETABS時程分析計算輸入的地震波。

                      C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTMLef90ebd.PNG

                      C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTML14dddcf3.PNG

                      四、YJKETABS結果對比

                      1、周期對比

                      周期階數

                      YJK結果(s)

                      ETABS結果(s)

                      相對誤差(%

                      1

                      1.5887

                      1.5884

                      0.0171

                      2

                      1.5832

                      1.5819

                      0.0821

                      3

                      1.4665

                      1.4656

                      0.0646

                      4

                      0.2646

                      0.2655

                      0.3371

                      5

                      0.2585

                      0.2576

                      0.3528

                      6