12.2.1
本规范对隔震的基本要求是:通过隔震层的大变形来减少其上部结构的地震作用,从而减少地震破坏。隔震设计需解决的主要问题是:隔震层位置的确定,隔震垫的数量、规格和布置,隔震支座平均压应力验算,隔震层在罕遇地震下的承载力和变形控制,隔震层不隔离竖向地震作用的影响,上部结构的水平向减震系数及其与隔震层的连接构造等。
隔震层的位置需布置在第一层以下。当位于第一层及以上时,隔震体系的特点与普通隔震结构可有较大差异,隔震层以下的结构设计计算也更复杂,需作专门研究。
为便于我国设计人员掌握隔震设计方法,本章提出了”r;水平向减震系数”的概念。按减震系数进行设计,隔震层以上结构的水平地震作用和抗震验算,构件承载力大致留有0.5度的安全储备。因此,对于丙类建筑,相应的构造要求也可有所降低。但必须注意,结构所受的地震作用,既有水平向也有竖向,目前的橡胶隔震支座只具有隔离水平地震的功能,对竖向地震没有隔震效果,隔震后结构的竖向地震力可能大于水平地震力,应予以重视并做相应的验算,采取适当的措施。
12.2.2
本条规定了隔震体系的计算模型,且一般要求采用时程分析法进行设计计算。在附录L中提供了简化计算方法。
12.2.3,12.2.4
规定了隔震层设计的基本要求。
1. 关于橡胶隔震支座的平均压应力和最大拉应力限值。
(1)根据Haring弹性理论,按稳定要求,以压缩荷载下叠层橡胶水平刚度为零的压应力作为屈曲应力σcr,该屈曲应力取决于橡胶的硬度、钢板厚度与橡胶厚度的比值、第一形状参数s1(有效直径与中央孔洞直径之差D—D0与橡胶层4倍厚度4tr之比)和第二形状参数s2(有效直径D与橡胶层总厚度ntr之比)等。
通常,隔震支座中间钢板厚度是单层橡胶厚度的一半,取比值为0.5。对硬度为30~60共七种橡胶,以及s2=11、13、15、17、19、20和s2=3、4、5、6、7,累计210种组合进行了计算。结果表明:满足s1≥15和s2≥5且橡胶硬度不小于40时,最小的屈曲应力值为34.0MPa。
将橡胶支座在地震下发生剪切变形后上下钢板投影的重叠部分作为有效受压面积,以该有效受压面积得到的平均应力达到最小屈曲应力作为控制橡胶支座稳定的条件,取容许剪切变形为0.55D(D为支座有效直径),则可得本条规定的丙类建筑的平均压应力限值
对s2<5且橡胶硬度不小于40的支座,当s2=4,σmax=12.0MPa;当s2=3,σmax=9.0MPa。因此规定,当s2<5时,平均压应力限值需予以降低。
(2)规定隔震支座不出现拉应力,主要考虑下列三个因素:
1)橡胶受拉后内部有损伤,降低了支座的弹性性能;
2)隔震支座出现拉应力,意味着上部结构存在倾覆危险;
3)橡胶隔震支座在拉伸应力下滞回特性的实物试验尚不充分。
2. 关于隔震层水平刚度和等效粘滞阻尼比的计算方法,系根据振动方程的复阻尼理论得到的。其实部为水平刚度,虚部为等效粘滞阻尼比。
还需注意,橡胶材料是非线性弹性体,橡胶隔震支座的有效刚度与振动周期有关,动静刚度的差别甚大。因此,为了保证隔震的有效性,至少需要取相应于隔振体系基本周期的动刚度进行计算,隔震支座的产品应提供有关的性能参数。
12.2.5
隔震后,隔震层以上结构的水平地震作用需乘以水平向减震系数。隔震层以上结构的水平地震作用,仅有该结构对应于减震系数的水平地震作用的70%。结构的层间剪力代表了水平地震作用取值及其分布,可用来识别结构的水平向减震系数。
考虑到隔震层不能隔离结构的竖向地震作用,隔震结构的竖向地震力可能大于其水平地震力,竖向地震的影响不可忽略,故至少要求9度时和8度水平向减震系数为0.25时应进行竖向地震作用验算。
12.2.8
为了保证隔震层能够整体协调工作,隔震层顶部应设置平面内刚度足够大的梁板体系。当采用装配整体式钢筋混凝土板时,为使纵横梁体系能传递竖向荷载并协调横向剪力在每个隔震支座的分配,支座上方的纵横梁体系应为现浇。为增大隔震层顶部梁板的平面内刚度,需加大梁的截面尺寸和配筋。
隔震支座附近的梁、柱受力状态复杂,地震时还会受到冲切,应加密箍筋,必要时配置网状钢筋。
考虑到隔震层对竖向地震作用没有隔振效果,上部结构的抗震构造措施应保留与竖向抗力有关的要求。
12.2.9
上部结构的底部剪力通过隔震支座传给基础结构。因此,上部结构与隔震支座的连接件、隔震支座与基础的连接件应具有传递上部结构最大底部剪力的能力。