应用SAUSG-PI软件进行隔震性能化设计

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所属分类:隔震设计
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在SAUSG-PI快速入门指南一文中,我为大家简单的总结了刚开始使用SAUSG-PI软件时需要注意的一些步骤,相信大家都已经迫不及待的开始使用SAUSG-PI进行隔震设计了。今天我就以软件中自带的基础隔震算例为例,结合SAUSG-PI软件的一些特色功能教大家进行隔震性能化设计。

隔震层设计

模型的预定减震目标为降半度。为了提高结构在地震作用下的性能,本文从严控制设计中规范要求的一些限值,取规范上限值的80%进行控制,给结构留出20%的安全冗余度。

某混凝土框架结构,乙类建筑,设防烈度八度(0.2g),II类场地,地震分组第二组,特征周期Tg为0.4s。采用叠层橡胶支座隔震,隔震层设置在基础与上部结构之间,共布置52个隔震支座,其中L800G4支座8个,N800G4支座37个,L900G4支座7个。结构模型图及隔震支座布置图如下图所示,隔震支座力学参数不在此详细列出。

SAUSG-PI的静力验算主要验算隔震结构的水平力验算、偏心率验算、抗风验算及屈重比情况。通过初始计算,可以得到该结构的静力验算结果如下:

表1 风荷载标准值产生的总水平力

方向 总水平力

(kN)

隔震层以上重力的10%

(kN)

是否

满足

X向 1013.9 16856.8 满足
Y向 1989.2 16856.8 满足

表2 抗风验算

方向 风荷载标准值

(kN)

风荷载设计值

(kN)

隔震层屈服力

(kN)

是否

满足

X向 1013.9 1419.4 47472.7 满足
Y向 1989.2 2784.8 47472.7 满足

表3 偏心率验算表格

方向 刚心坐标

(m)

质心坐标

(m)

隔震层尺寸

(m)

偏心率 上限值 是否

满足

X向 82.51 82.05 77.40 0.59% 3.00% 满足
Y向 17.79 17.51 38.50 0.73% 3.00% 满足

表4 屈重比表格

方向 隔震层以上重力

(kN)

隔震层屈服力

(kN)

屈重比 下限值 是否

满足

X向 168567.9 10397.1 6.17% 2.00% 满足
Y向 168567.9 10397.1 6.17% 2.00% 满足

根据“抗规”12.2.3条第3点,乙类建筑的橡胶隔震支座在重力荷载代表值的竖向压应力12MPa。为提高本隔震建筑在罕遇地震下的性能,提高地震安全储备,将竖向压应力限值降低到原限值80%,所有支座控制在9.6MPa以内。在SAUSG-PI中,可以调整规范限值,超过限值的支座会自动变红标出。如图2结果显示,最大隔震支座竖向压应力为9.2MPa。

在SAUSG-PI中可以通过自动选波功能,直接给出符合要求的备选地震动。在备选地震动中,选取一条人工地震动RG和两条天然地震动TR1、TR2如下图所示。

根据自动选波结果,在SAUSG-PI中可以通过中震时程分析功能,采用快速非线性分析方法,高效的一键完成水平向减震系数的计算,并给出计算过程报告。该结构为多层框架,报告给出了隔震模型及非隔震模型的每层楼层剪力对比结果及水平向减震系数求解结果,如表5、6所示。

表5 隔震与非隔震X向层间剪力比值表

楼层 隔震(kN) 非隔震(kN) 隔震/

非隔震

RG TR1 TR2 RG TR1 TR2 包络值
8 118.4 136.6 113.4 702.8 860.4 570.7 0.20
7 2376.3 3109.8 2490.0 10382.0 18112.7 7992.6 0.31
6 4406.2 5581.6 4672.2 14715.2 32442.4 11405.0 0.41
5 6669.9 7285.3 6166.4 18969.3 42748.0 14543.4 0.42
3 9885.9 8183.4 5079.6 26653.1 51149.3 15847.2 0.37
2 10521.9 8623.8 4233.8 26755.3 51198.3 15901.1 0.39

表6 隔震与非隔震Y向层间剪力比值表

楼层 隔震(kN) 非隔震(kN) 隔震/

非隔震

RG TR1 TR2 RG TR1 TR2 包络值
8 135.6 197.1 137.8 599.0 832.8 639.3 0.24
7 2295.6 3170.7 2547.5 8907.9 16352.4 8355.8 0.30
6 4601.1 5661.1 4709.5 13253.1 29050.7 11778.7 0.40
5 6913.0 7179.2 6170.8 18421.2 37949.8 13938.0 0.44
4 8776.6 7227.6 6266.8 22007.1 42759.2 13965.4 0.45
3 10032.1 8254.0 4897.0 25130.6 44514.4 15711.5 0.40
2 10561.3 8797.6 4120.9 25219.3 44539.2 15745.2 0.42

根据隔震结构和非隔震结构的动力特性表可见,非隔震模型基本周期在1s以内,隔震结构前三阶周期较非隔震模型均延长了2倍,隔震效果显著。根据以上数据,结构X向水平向减震系数为0.43,Y向水平向减震系数为0.45,本结构的水平向减震系数为0.45。根据“抗规”12.2.5第二条及条文说明,本工程上部结构水平地震作用可以降低半度设计。根据“抗规”12.2.7第二条及条文说明,本工程上部结构抗震措施可以降低半度设计。可见,该隔震隔震结构满足预定的减震目标。隔震后的水平地震影响系数最大值:αmax1=β*αmax/ψ=0.45*0.16/0.80=0.09,即上部结构可按水平地震影响系数最大值为0.09进行设计。

表7隔震结构及非隔震结构力特性

周期 非隔震模型(s) 隔震模型(s) 周期比值

隔震/非隔震

1 0.948 3.001 3.17
2 0.911 2.982 3.27
3 0.832 2.735 3.29

罕遇地震验算

SAUSG-PI中的罕遇地震验算功能,采用SAUSAGE软件中的修正直接积分法计算内核,自动将前面提到的三组地震动提高峰值加速度进行弹塑性时程分析时程分析结束后,首先,软件会给出单工况包络结果,方便工程师查看隔震支座时程多项结果的最大和最小值。其次,软件会自动对计算完成的多工况时程结果包络,当地震动数大于等于7组时,自动采取多工况平均结果,否则自动采取多工况包络结果。

SAUSG-PI的罕遇地震隔震支座自动验算功能方便用户根据多工况包络结果进行验算。与前面静力验算相同,用户可以通过修改规范限值提高隔震结构设计的富余度。

由6图可见,罕遇地震下隔震支座最大水平变位为347mm,满足0.55D(最小直径为800mm)和3倍橡胶厚度(隔震支座橡胶总厚度最小值为160mm)的最小值440mm,且同时满足限值80%(352mm)。SAUSG-PI中隔震支座的极限水平变位并不是简单的X、Y向位移的包络,而是X、Y向位移及XY平面内位移向径的包络值。

由7-8图可见,隔震支座在罕遇地震下最大压应力为11MPa,最大拉应力为0.1MPa,分别都满足小于规范限值的80%。

结论

本文结合某基础隔震结构,采用SAUSG-PI软件进行了隔震性能化设计。分析结果表明,通过合理的隔震设计,该结构可以达到预定的减震目标,各项验算结果均能满足预定的设计要求,给结构的抗震性能提供了富余空间。

SAUSG-PI软件操作简单方便,流程清晰明确,计算高效稳定,其自动验算、规范审查及自动生成隔震报告等特色功能对隔震设计效率的提高有很大的帮助,适用于隔震结构的性能化设计。

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