一种高烈度高风压地区减隔震架空连廊结构的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种高烈度高风压地区减隔震架空连廊结构的设计方法，本发明专利技术涉及减隔震架空连廊结构的设计领域。位于高烈度高风压地区的架空连廊结构设计，要同时保证承载能力极限状态和正常使用极限状态，因所连接的两侧单体建筑通常自振周期不同，采用隔震支座在连廊和单体之间形成隔震层，可大幅减小相互作用的水平力，通过减振装置抑制变形量，从而达到较优的结构设计方案。本发明专利技术基于规范设计谱原理，针对隔震层下部为建筑结构且隔震层上部结构质量相对下部结构较小的情况，提出一种适用于高烈度高风压地区减隔震架空连廊设计方法。本发明专利技术通过单体地震响应获得连廊支座处的激励，包络回归得到用于连廊隔震层上部结构设计的水平地震设计谱。

A design method of vibration reduction and isolation overhead corridor structure in high intensity and high wind pressure area

【技术实现步骤摘要】
一种高烈度高风压地区减隔震架空连廊结构的设计方法
本专利技术涉及减隔震架空连廊结构的设计，具体公开了一种高烈度高风压地区减隔震架空连廊结构的设计方法。
技术介绍
架空连廊作为连接建筑结构间的载体，既可实现功能需求，又能保证建筑美观。对架空连廊结构进行设计时，一方面要保证其能承担作用本身的荷载，另一方面还要考虑连廊与所连单体之间力的传递。作为连接体，架空连廊和所连单体构成连体结构。连接体与单体之间的连接方式通常有强连接和弱连接两种。强连接时，连接体被两端单体完全约束，两侧单体同连接体形成整体受力结构体。弱连接时，利用支座技术释放部分对连接体结构的约束，减小各部分间的相互作用。当连接体体量较大时，通常采用强连接。体量较小时，为避免繁杂的支座构造，通常利用部分滑动支座等形式形成弱连接。对于体量较小的架空连廊结构，在抗震抗风设计时，两侧单体水平和扭转位移形成两侧连接处的相对位移差。若采用强连接，会使架空连廊构件应变较大，且单体连接处附近的构件产生较大内力，特别对于高烈度高风压地区(这里泛指以地震力控制隔震连廊结构的承载能力极限状态设计，以及需要设置抗风装置抵抗隔震连廊结构风荷载作用的情况)，这种效应更为显著。而此时，采用弱连接的形式不仅可减小受力降低造价，还能更好地满足建筑空间需求。弱连接通常约束连接处的竖向位移，对于水平位移，多采用一侧固定、一侧滑动的形式，但当跨度较大时，由于连廊自身水平自振周期大，会产生类似鞭梢效应，使地震力放大数倍，特别对于设防烈度较大的地区。此时可采用隔震支座形成隔震层，使连廊结构体成为隔震层上部结构。使连廊本身的地震内力降低，还可减小地震加速度峰值时连廊在连接处传递给连接单体的惯性力。对于采用弱连接的架空连廊结构设计，现主要采用经验设计、大震验算的方法，没有形成合理系统的设计方法。采用隔震支座形成隔震层的架空连廊结构，由于连廊结构体本身跨度较大、质量较小，参考常规隔震结构使用减震系数进行设计存在不合理之处。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种高烈度高风压地区减隔震架空连廊结构的设计方法。本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供了一种高烈度高风压地区减隔震架空连廊结构的设计方法，所述设计方法针对隔震层下部为建筑结构且隔震层上部结构质量相对下部结构较小的架空连廊结构，包括如下步骤：步骤1：根据建筑方案选定连廊的结构类型和结构杆件布置方式，依据设计资料确定恒荷载和可变荷载，预估构件截面，建立连廊设计初始模型，计算得到连廊在支座处的重力荷载代表值；步骤2：根据设计资料确定场地烈度和特征周期，将步骤1得到的重力荷载代表值转化为等效质量并施加于连廊所连单体建筑计算模型的连廊支承支座位置，根据设计规范的要求选取多条地震波，并计算地面激励作用下单体建筑的时程响应；步骤3：根据连廊隔震变位需求，预设减隔震方案，确定初步的隔震支座和减振阻尼器，在步骤1的连廊设计初始模型的基础上增加隔震层，并建立多点激励的连廊简化计算模型，激励输入步骤2得到的各单体建筑在连廊支承支座位置处的时程响应；步骤4：进行变位验算，验算不通过则返回步骤3；若满足，则执行步骤5；步骤5：根据计算结果得到上部结构的时程响应，提取多条地震波作用下隔震层上侧的时程响应，包络回归得到用于连廊隔震层上部结构设计的水平地震设计谱；步骤6：建立上部结构的设计模型；步骤7：在步骤6的隔震层上部结构的设计模型基础上进行分析计算；优化杆件截面；若杆件截面不满足要求，调整截面；步骤8：在步骤7所得设计模型的基础上，增加隔震层，初步设计抗风装置，根据单体地震时程分析，建立地震多点激励模型，进行地震时程验算使设计满足地震性能目标。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果是：1、对于与主体结构相比体量较小的连廊结构体，自振特性和主体结构差别较大时，采用这一方法，在原理上更符合现行规范设计方法。2、振型叠加法计算时，对于较小结构体，相比总装模型，其地震有效质量参与系数可很容易满足自身90％以上。3、当架空连廊两侧单体体量较大时，该方法可大量简化计算：一方面，避免模型拼装工作量，特别对于大震弹塑性模型以及高烈度区单体本身带有减震设计的情况；另一方面，自由度数增加，有限元分析刚度矩阵求逆的计算量不只是线性增加，更多的自由度使计算更复杂、也更不易收敛，对计算机硬件要求也更高。附图说明图1为多点激励的连廊简化计算模型沿跨度方向的水平作用简化表述图；图2为隔震层上部结构设计谱计算流程示意图；图3为抗风装置设计和地震时程验算流程图；图2和图3构成高烈度高风压地区减隔震架空连廊结构设计方法；图4为实施案例架空连廊结构的杆件布置方式；图5为实施案例架空连廊结构的减隔震方案结构形式；图6为实施案例架空连廊结构通过简化模型计算得到的上部结构反应谱曲线；图7为实施案例架空连廊结构X、Y两个水平方向的上部结构设计谱曲线；图8为实施案例架空连廊结构的主体结构杆件截面编号；图9为实施案例架空连廊结构的剪力销设置位置及约束方向；图10为实施案例架空连廊结构在罕遇地震作用下粘滞阻尼器的滞回曲线。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图2和3所示，本专利技术所述设计方法针对隔震层下部为建筑结构且隔震层上部结构质量相对下部结构较小的架空连廊结构，包括如下步骤：步骤1：根据建筑方案选定连廊的结构类型和结构杆件布置方式，依据设计资料确定恒荷载和可变荷载，根据经验初步预估构件截面，建立连廊设计初始模型，并在考虑部分工况的情况下对预估构件截面进行优化设计，计算得到连廊在支座处的重力荷载代表值。步骤2：根据设计资料确定场地烈度和特征周期，将步骤1得到的重力荷载代表值转化为等效质量并施加于连廊所连单体建筑计算模型的连廊支承支座位置，根据设计规范的要求选取多条地震波，并计算地面激励作用下单体的时程响应。步骤3：根据连廊隔震变位等需求，预设减隔震方案，确定初步的隔震支座和减振阻尼器等，在步骤1的连廊设计初始模型的基础上增加隔震层，并建立多点激励的连廊简化计算模型，激励输入步骤2得到的各单体建筑在连廊支承支座位置处的时程响应。步骤4：对步骤3的多点激励连廊简化计算模型进行计算分析，若不满足预设减隔震方案的变位等需求则调整减隔震方案，并重复步骤3和步骤4。步骤5：步骤4中若满足要求，则可根据计算结果得到上部结构的时程响应，提取多条地震波作用下隔震层上侧的时程响应，包络回归得到用于连廊隔震层上部结构设计的水平地震设计谱。步骤6：根据步骤2中确定的场地烈度和特征周期，可以根据设计规范得到竖向地震设计谱，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高烈度高风压地区减隔震架空连廊结构的设计方法，其特征在于，所述设计方法针对隔震层下部为建筑结构且隔震层上部结构质量相对下部结构较小的架空连廊结构，包括如下步骤：/n步骤1：根据建筑方案选定连廊的结构类型和结构杆件布置方式，依据设计资料确定恒荷载和可变荷载，预估构件截面，建立连廊设计初始模型，计算得到连廊在支座处的重力荷载代表值；/n步骤2：根据设计资料确定场地烈度和特征周期，将步骤1得到的重力荷载代表值转化为等效质量并施加于连廊所连单体建筑计算模型的连廊支承支座位置，根据设计规范的要求选取多条地震波，并计算地面激励作用下单体建筑的时程响应；/n步骤3：根据连廊隔震变位需求，预设减隔震方案，确定初步的隔震支座和减振阻尼器，在步骤1的连廊设计初始模型的基础上增加隔震层，并建立多点激励的连廊简化计算模型，激励输入步骤2得到的各单体建筑在连廊支承支座位置处的时程响应；/n步骤4：进行变位验算，验算不通过则返回步骤3；若满足，则执行步骤5；/n步骤5：根据计算结果得到上部结构的时程响应，提取多条地震波作用下隔震层上侧的时程响应，包络回归得到用于连廊隔震层上部结构设计的水平地震设计谱；/n步骤6：建立上部结构的设计模型；/n步骤7：在步骤6的隔震层上部结构的设计模型基础上进行分析计算；优化杆件截面；若杆件截面不满足要求，调整截面；/n步骤8：在步骤7所得设计模型的基础上，增加隔震层，初步设计抗风装置，根据单体地震时程分析，建立地震多点激励模型，进行地震时程验算使设计满足地震性能目标。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高烈度高风压地区减隔震架空连廊结构的设计方法，其特征在于，所述设计方法针对隔震层下部为建筑结构且隔震层上部结构质量相对下部结构较小的架空连廊结构，包括如下步骤：
步骤1：根据建筑方案选定连廊的结构类型和结构杆件布置方式，依据设计资料确定恒荷载和可变荷载，预估构件截面，建立连廊设计初始模型，计算得到连廊在支座处的重力荷载代表值；
步骤2：根据设计资料确定场地烈度和特征周期，将步骤1得到的重力荷载代表值转化为等效质量并施加于连廊所连单体建筑计算模型的连廊支承支座位置，根据设计规范的要求选取多条地震波，并计算地面激励作用下单体建筑的时程响应；
步骤3：根据连廊隔震变位需求，预设减隔震方案，确定初步的隔震支座和减振阻尼器，在步骤1的连廊设计初始模型的基础上增加隔震层，并建立多点激励的连廊简化计算模型，激励输入步骤2得到的各单体建筑在连廊支承支座位置处的时程响应；
步骤4：进行变位验算，验算不通过则返回步骤3；若满足，则执行步骤5；
步骤5：根据计算结果得到上部结构的时程响应，提取多条地震波作用下隔震层上侧的时程响应，包络回归得到用于连廊隔震层上部结构设计的水平地震设计谱；
步骤6：建立上部结构的设计模型；
步骤7：在步骤6的隔震层上部结构的设计模型基础上进行分析计算；优化杆件截面；若杆件截面不满足要求，调整截面；
步骤8：在步骤7所得设计模型的基础上，增加隔震层，初步设计抗风装置，根据单体地震时程分析，建立地震多点激励模型，进行地震时程验算使设计满足地震性能目标。


2.根据权利要求1所述的高烈度高风压地区减隔震架空连廊结构的设计方法，其特征在于，步骤3所述多点激励的连廊简化计算模型为：将隔震层上部结构简化为上下两层，上下两层的有效质量分别为m1、m2，上下两层的层间刚度为k1；
连廊结构两侧的水平隔震支座的有效水平刚度为kb1、kb2；连廊结构两侧减振装置的有效刚度为kv1和kv2，有效阻尼分别为c1和c2。
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【专利技术属性】
技术研发人员：苗峰，董石麟，郑晓清，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33