
这篇文章将介绍欧洲规范8-结构抗震设计(以下简称欧标)中推荐的隔震结构分析时的常用方法。
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如果隔震支座的性能可以按照等效线性考虑,应根据欧标 4.3.3.3 进行模态分析。
1. 应考虑对结构整体反应有重要贡献的所有振型的反应,需满足下列任一项要求:
——所考虑振型的有效振型质量之和至少等于结构总质量的 90%
——考虑了有效振型质量超过总质量 5%的所有振型
2. 当采用空间模型时,应在每一个相关方向上校核是否满足上述条件。
3. 如果条款1中规定的条件不满足(例如,扭转振型影响较大的建筑),进行空间分析时应考虑的最小振型数 k 应同时满足下列两个条件:

式中,
k ——考虑的振型数;
n ——基础或刚性地下室顶面以上的楼层数;
Tk ——振型k 对应的自振周期。
4. 振型响应组合
a) 如果振型i、j(包括平动振型和扭转振型)对应的自振周期
与
(
)满足下列条件,则认为振型 i 和振型 j 彼此独立

b) 当所有有关振型反应被认为是相互独立时,地震作用影响的最大值EE 取为:

c) 若不满足(a)的条件,应采用更精确的如“完全二次方组合”的振型组合方法。
5. 当采用空间模型进行分析时,应考虑结构的扭转效应。
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简化线性分析
1. 如果满足下列条件,可采用简化分析方法考虑水平位移和绕竖向轴的转动,并假定下部结构和上部结构为刚性。在这种情况下,在分析中应考虑上部结构质量的总偏心距(包括偶然偏心距)。结构任意点的位移计算值应为平动位移和扭转位移的组合。对任一隔震单元有效刚度的计算,尤其应考虑这一要求。对隔震单元以及上部结构和下部结构的校核,应考虑惯性力和惯性矩。
a) 场地到最近的
的潜在活跃断层的距离大于15km;
b) 上部结构在平面内的最大尺寸不超过50m;
c) 下部结构刚度足够大,能够减小场地位移对结构的影响;
d) 所有的隔震装置均布置在承受竖向荷载的下部结构的结构构件上;
e) 有效周期
应满足下面的条件:

式中,
为假定基础固定的上部结构的基本周期。
f) 结构的抗侧力体系应是规则的,并在平面内沿结构的两个主轴对称;
g) 应忽略上部结构柱脚的旋转;
h) 隔震体系的竖向和水平刚度之比应满足下式:

i) 竖向基本周期
不应大于0.1s,式中:

2. 简化线性分析方法考虑两水平动态位移并叠加的静态扭转效应。假定上部结构为刚体在隔震体系以上平动。平动的有效周期为:

式中,M:上部结构质量;
:隔震体系的水平有效刚度
3. 在任一水平方向上,由于地震作用引起的刚度中心的位移应按下式计算:

式中,
为谱加速度
4. 在任一水平方向上,作用于上部结构任一平面处应用的水平力应根据下式计算:

式中,
为楼层j的质量
5. 根据上述第4条确定的地震力体系,由于自然偏心和偶然偏心,会引起扭转效应。
6. 如果在两主水平方向的任一方向上,隔震体系刚度中心和上部结构质量中心的竖向投影之间的总偏心距(包括偶然偏心距)不超过上部结构在所考虑水平方向上长度的 7.5%,可忽略绕竖向轴的扭转。
7. 如果本条6中忽略绕竖向轴扭转运动的条件得以满足,在任一方向上,单个隔震单元中的扭转效应可通过在第3、第4条的公式中增加放大系数
来反映,

其中,y:与考虑的 x 方向相交的水平方向;
:隔震单元i相对于有效刚度中心的坐标;
:在 y 方向上的总偏心距;
:在 y 方向上隔震体系的扭转半径,由下式给出:
;
和
分别为单元i在x方向和y方向的有效刚度。
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如果隔震体系不能用等效线性模型模拟(即不满足上篇文章中第四节第5条中的条件),应采用时程分析法进行地震反应分析,分析中应选择合适的隔震支座的本构关系,使得模型能够正确描述隔震结构在地震作用下的响应。
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1. 在下部结构直接承受地震力,以及力和弯矩通过隔震体系传递到下部结构的情况下,应对下部结构进行校核。
2. 下部结构和上部结构的极限状态验算应采用欧洲规范中相关章节规定的
值(构件承载力调整系数)。
3. 应对隔震结构在重力荷载和地震力作用下进行承载力验算,计算时二阶效应(P-Δ效应)按如下考虑。
a) 如果所有楼层都满足下面的条件,不需考虑二阶效应

其中,
—层间侧移敏感性系数;
—抗震设计状况下所考虑楼层及其以上楼层的总重力荷载;
—设计层间侧移,按所考虑楼层的顶部和底部平均侧向位移之差确定;
—总层间剪力;h—楼层高度。
b) 如果,
可通过对相关的地震作用乘以系数1/(1-
)来近似考虑二阶效应。
c)
不应大于0.3。
4. 应验证结构的整体延性,并考虑预期的延性发展。对于二层及二层以上框架结构,其主要和次要抗震梁与主要抗震柱相交的节点应满足下式,

——节点上下柱端弯矩抗力设计值。式中采用设计地震荷载下柱轴力范围内产生的弯矩最小值。
——梁端抵抗弯矩设计值。
注:上式的精确解需要计算节点中心的弯矩。该弯矩等于节点中心处的弯矩设计值加上节点边缘处剪力产生的弯矩。然而,如果忽略剪力,引起精度损失较小,极大地的简化了计算。这种近似是可以接受的。
5. 楼板承载力校核
a) 水平面内的楼板和支撑应能以足够的强度将地震作用效应传递给与其连接的各结构构件。
b) 在楼板承载力验算中,楼板上的地震作用应乘以一个大于 1.0 的超强系数
,以满足本条 a)的要求
注:
的值可参见各国家附录。对于脆性破坏,如混凝土楼板受剪,
的建议值为 1.3;对于延性破坏,
为 1.1。
6. 根据隔震支座的类型,应对隔震支座从以下方面进行承载力极限状态验算:
1)承载力。在设计地震条件下考虑最大可能的竖向力和水平力,包括倾覆效应;
2)隔震支座水平位移。水平位移应包括由于设计地震作用导致的变形和收缩、徐变、温度和预应力影响(如果上部结构为预应力结构)。
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从上文可以看出,两国规范对于隔震结构的计算原理基本相同,对于大部分结构都可以对隔震层采用等效线性分析,然后使用振型分解反应谱法进行结构计算,而对于非线性较强的结构推荐使用时程分析法进行计算。不同点在于,在欧标中只需使用实振型反应谱进行分析,而且对于满足相应条件的结构也给出了相应的简化算法,而在中国标准(《建筑隔震设计标准》)中则推荐使用复模态反应谱法进行分析。在结构的承载力校核中,欧标则强调了结构二阶效应的影响,指出隔震结构二阶效应系数不应大于0.3。
[1] DIN EN 1998-1: 2010-12
[2] DIN EN 1998-1/NA: 2011-01
来源:SAUSAGE非线性