吴忠隔震结构减小支座拉应力的措施

吴忠

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叠层橡胶支座是隔震技术中最常用的支座类型，在进行隔震设计时应尽量避免支座出现拉应力，这主要基于以下考虑：1）隔震支座抗拉能力较低，橡胶受拉后内部损伤，降低支座弹性性能，抗压能力随之显著下降，支座不再安全；2）隔震支座出现拉应力，意味着上部结构存在倾覆危险，威胁结构的整体稳定。《建筑隔震设计标准》（GB/-2021）第6.2.1条对支座拉应力限值与出现拉应力的支座数量进行了规定，以保证支座与结构的安全。本文通过-PI软件对隔震结构计算分析，探究减小隔震支座拉应力的方法，为工程设计提供参考。

前言

概况模型

该工程为钢筋混凝土框架隔震结构，地上5层，高21.6m，长77.4m，宽38.5m。抗震设防烈度为8度（0.20g），设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类，模型如图1所示。底部共设橡胶隔震支座52个，其中32个铅芯橡胶支座。

图1模型示意图

措施

加大支座尺寸

通过加大支座尺寸，增加支座受拉面积。在本模型中，将28号支座由更换为，面积由增大到。支座的拉应力降低至0.8MPa，满足《隔标》支座拉应力小于1MPa的限值要求。

图2 支座拉应力

增设抗拉装置

在隔震支座处增设抗拉装置，限制支座的拉伸变形。由于中同一位置处无法同时设置两个单元，可在隔震支座邻近位置处布置抗拉装置，支座与抗拉装置通过刚臂连接，如图3所示。软件中可使用钩单元模拟抗拉装置，参数设置如图4所示。在受拉状态下，当相对变形超过初始间隙时，钩单元发挥作用。

图3抗拉装置布置示意图

图4钩单元参数

增设抗拉装置后，支座拉应力降为0.8MPa，满足《隔标》要求。支座最大竖向位移也由1.3mm减小至0.7mm。

图5支座拉应力

图6支座竖向位移

调整剪力墙布置

调整右上方剪力墙布置，使剪力墙更为分散。框剪结构中，剪力墙集中处刚度较大，承担的倾覆弯矩大，支座易出现拉力。调整剪力墙布置后，28号及其周围支座未出现拉应力，支座轴力分布发生改变。

图7剪力墙调整示意

图8支座轴力变化

增大柱跨

删除X向一列柱，调整Y向前3跨的柱距8.1m、3.3m、7.8m为9.75m、9.45m，并调整支座布置，保持偏心率、屈重比等指标与基准模型接近。

图9柱跨调整布置示意

增大柱距后，竖向构件与支座数量减少，结构的刚度降低，使X向、Y向的倾覆力矩均减小。同时，单个支座所承担的荷载范围扩大，支座在重力荷载下的初始压力有所提高，支座抵抗地震引起的倾覆轴拉力的能力增强。CAD软件素材教程下载四五设计网设计学徒自学网

图10倾覆力矩

图11支座拉应力

图12支座轴力

使用三维隔震支座

使用三维隔震支座代替橡胶隔震支座。三维隔震支座，即在橡胶隔震支座上串联一个碟形弹簧，以降低支座抗拉刚度，达到减小支座拉应力的目的。本文以串联后的抗拉刚度作为橡胶支座的抗拉刚度值以模拟三维支座的作用。隔震支座修改前后的抗拉刚度设置如图14所示。

图13三维隔震支座示意图

图14支座竖向刚度设置

采用三维隔震支座的抗拉刚度后，隔震支座的拉应力由1.4MPa将为0.9MPa，满足《隔标》要求，而轴压力时程基本没有变化。

图15支座拉应力

图16支座轴力

结语

在支座拉应力超限时，用户可通过以下5种方法改善：

1)加大支座尺寸——增加支座抗拉能力；

2)增设抗拉装置——增加支座抗拉能力；

3)调整剪力墙布置——优化倾覆力矩在竖向构件中的分配；

4)增大柱跨——扩大支座负荷范围，减小地震倾覆力矩；

5)改用三维隔震支座——降低支座抗拉刚度，减小支座倾覆轴拉力。