一種混合減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及土木工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種消能減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，更具體 地涉及一種考慮偶然偏心的混合減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，對地震高烈度區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)采用消能減震方式進行保護已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計 師的優(yōu)先選項。但目前的減震結(jié)構(gòu)設(shè)計相對保守，考慮到地震作用的不確定性，設(shè)計師通常 將各種消能減震裝置安裝在所有可以安裝的位置，并依據(jù)選擇的目標性能決定所需消能裝 置的數(shù)量，以便對結(jié)構(gòu)更好的保護。于是常常將消能裝置安裝在建筑物每層房間之間的隔 墻內(nèi)，以及結(jié)構(gòu)周邊。
[0003] 這種較為保守的減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，存在兩點不足：1)所需消能裝置的數(shù)量較 大，而使建筑成本有較大幅度提高；2)在結(jié)構(gòu)中安裝較多的消能減震裝置會影響建筑空間 的利用效率。
[0004] 因此，需要針對減少結(jié)構(gòu)中所需消能部件的數(shù)量，以及該種結(jié)構(gòu)對建筑空間的不 利影響的問題，對消能減震結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計展開更深入的研宄。雖然研宄取得了一定的成 果，也提出了一些優(yōu)化方法，如基于梯度優(yōu)化方法、基于遺傳算法的優(yōu)化方法等等。但這些 方法很難被設(shè)計師掌握，因而很少應(yīng)用于工程實際，其原因如下：1、是需要結(jié)構(gòu)工程師具有 較深的專業(yè)基礎(chǔ)，2、相關(guān)研宄中常?；谝恍┘俣?，將復雜問題簡單化后進行設(shè)計研宄，但 是實際工程結(jié)構(gòu)復雜，需要考慮偏心、偶然偏心等因素的影響。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中，公開了一種基于基礎(chǔ)隔震理論提出的消能減震結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方 法，運用該方法只需將粘滯阻尼器安裝在結(jié)構(gòu)底部2層或3層就可取得較好的減震效果，而 且操作簡單、容易被結(jié)構(gòu)設(shè)計師掌握。這種方法的主要原理為通過調(diào)整結(jié)構(gòu)底部2-3層的 層高，使底部2層或3層的固有頻率〇^與場地特征頻率ω相等或接近。但該方法主要針 對規(guī)則結(jié)構(gòu)，并忽略了偶然偏心的影響。實際工程即使規(guī)則對稱，但也會存在偶然偏心，因 此直接應(yīng)用該方法減震效果不如預期，所以必須采取策略提高減震結(jié)構(gòu)抗扭剛度，減小偶 然偏心的影響。
[0006] 因此，針對以上不足，需要提供一種考慮偶然偏心的混合減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] (一）要解決的技術(shù)問題
[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種混合減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，解決傳統(tǒng)方法所 需消能裝置數(shù)量大，導致建筑空間利用效率低、建筑成本高的問題。
[0009] (二）技術(shù)方案
[0010] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種混合減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，包括如下 步驟：
[0011] S1、將房屋結(jié)構(gòu)的底部樓層作為隔震層，并調(diào)整隔震層的高度或抗側(cè)構(gòu)件截面尺 寸，使隔震層基本周期與場地特征周期相匹配，然后安裝減震裝置在所述隔震層上，以獲得 減震效果；
[0012] S2、在隔震層以上樓層布置防屈曲支撐，以減小偶然偏心的影響。
[0013] 優(yōu)選的，前述步驟Sl具體為：
[0014] 當隔震層的層高可以改變時：選擇房屋結(jié)構(gòu)的底部兩層為隔震層，當抗側(cè)力構(gòu)件 的材料強度、截面尺寸確定后，通過振型分析計算出隔震層層高，振型分析計算公式為：
[0015] \kb-almb\ = Q
[0016] 其中，kb為隔震層的剛度矩陣；mb為隔震層的質(zhì)量矩陣；ω n為隔震層的固有頻 率；
[0017] 當隔震層的層高受到限制或不可改變時：改變抗側(cè)力構(gòu)件的材料強度和截面尺 寸，并調(diào)整隔震層樓層的數(shù)量。
[0018] 優(yōu)選的，前述步驟S2具體為：
[0019] 將防屈曲支撐安裝在隔震層以上的樓層，防屈曲支撐的滯回耗能性能由內(nèi)核芯材 決定，防屈曲支撐內(nèi)核芯材面積由所需防屈曲支撐抗側(cè)移剛度確定，其抗側(cè)移剛度計算公 式為：
[0020]
【主權(quán)項】
1. 一種混合減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于：包括如下步驟： 51、 將房屋結(jié)構(gòu)的底部樓層作為隔震層，并調(diào)整所述隔震層的高度或抗側(cè)構(gòu)件截面尺 寸，使隔震層基本周期與場地特征周期相匹配，然后安裝減震裝置在所述隔震層上，以獲得 減震效果； 52、 在所述隔震層以上樓層布置防屈曲支撐，以減小偶然偏心的影響。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于：所述步驟S1具體 為： 當所述隔震層的層高可以改變時：選擇房屋結(jié)構(gòu)的底部兩層為隔震層，當抗側(cè)力構(gòu)件 的材料強度、截面尺寸確定后，通過振型分析計算出所述隔震層層高，振型分析計算公式 為：
其中，kb為所述隔震層的剛度矩陣;mb為所述隔震層的質(zhì)量矩陣；《 "為所述隔震層的 固有頻率； 當所述隔震層的層高受到限制或不可改變時：改變所述抗側(cè)力構(gòu)件的材料強度和截面 尺寸，或調(diào)整隔震層樓層的數(shù)量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于：所述步驟S2具體 為： 將所述防屈曲支撐安裝在所述隔震層以上的樓層，所述防屈曲支撐的滯回耗能性能由 內(nèi)核芯材決定，所述防屈曲支撐內(nèi)核芯材面積由所需防屈曲支撐抗側(cè)移剛度確定，其抗側(cè) 移剛度計算公式為：
其中，E為芯材彈性模量，A為芯材截面積，0為防屈曲支撐與框架梁的夾角，h為層高。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于：所述防屈曲支撐的 數(shù)量根據(jù)減震結(jié)構(gòu)的目標性能由平扭周期比和彈塑性時程分析確定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于：所述減震裝置為黏 性液體阻尼器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于：所述防屈曲支撐布 置在所述隔震層以上樓層的四角。
【專利摘要】本發(fā)明涉及土木工程技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種混合減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，包括如下步驟：將房屋結(jié)構(gòu)的底部樓層作為隔震層，并調(diào)整隔震層的高度或抗側(cè)構(gòu)件截面尺寸，使隔震層基本周期與場地特征周期相匹配，然后安裝減震裝置在所述隔震層上，以獲得好的減震效果；將防屈曲支撐布置在所述隔震層以上樓層，優(yōu)先布置在房屋的四角，以減小偶然偏心的影響。本發(fā)明的混合減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，解決了傳統(tǒng)方法所需消能裝置數(shù)量大，導致建筑空間利用效率低、建筑成本高的問題。
【IPC分類】E04B1-00, E04B1-98
【公開號】CN104695544
【申請?zhí)枴緾N201510006951
【發(fā)明人】陳敏, 王榮
【申請人】中南林業(yè)科技大學
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年1月7日