附属结构地震反应的隔震方法.pdf

第26卷第4埘晴率醇建兢工程学酩学报V0I'26N4
】993年8月J．HarbinArch[t＆Civ．EDg．Inst．Aug．1993

(P一
附属结构地震反应的隔震方法
J
I孙峰

(工程理论研究所)(鼻龙江省建筑置计琬)

摘
本文提出了附属结构地震反应的隔震设计思想．这是一种具有明显实用价值的

减震方法．文中分析了影响附属结构隔震效果的主要因素，研究了其隔震机理．理
论和应用分析结果表明：采用隔震方法．不但可有效地降低顶部附属结构的鞭捎
效应。而且对于下部主体结构也有一定程度的碱震作用．
关键词甜属结构；隔震士也锻
中国图书资料；、352．1一

0前言
许多建筑结构的顶部都设计成局部突出的附属结构形式，例如结构上部的通讯塔、水
箱问、会议厅或旋转餐厅等等。这往往会造成上部附属结构的剐度远远低于下部结构刚度
的情况。并且导致鞭梢效应的产生，因而附属结构的抗震问题是一项有重要理论和应用价
值的课题。
总结以往的研究结果，对于此类附属结构的地震反应的问题．主要采用以下的解决
方法：
(I)增加附属结构的刚度或强度，减少其结构构件的截面地震应力。这是一种传统
的抗震设计方法，有关标准规定在骚算突出建筑物顶面的屋顶间时，应将其抗震墙的面
积增加3倍，显然这是消极被动的抗震措施。
(2)减少向附属结构传递的地震力。文献I3]曾研究了高层建筑顶部附属结构产生
鞭梢效应的机理，并提出通过调整下部结构的刚度和质量等参数的分布来降低鞭梢效应
的思想。文献I4】分析了质量泵对附属结构鞭梢效应的控制作用。计算结果表明，采用质

宙家自然科学基盘资助疆目
投稿日期：1992一l2—06

l9

量泵控制装置可以从根本上消除鞭梢效应现彖。
0)利用附属结构来降低下部主体结构的地震反应。文献{5】指出利用上部结构的柔
性(相当于动力消振器的作用)来降低下部结构动力反应的思想：同时指出，上部柔性结构
必须具有足够大的延性，因为在起消振作用的同时，上部结构的变形可能会远远大于下部
结构的变彤，但一般的建筑材料难以满足这种大变形的要求。
鉴于附属结构的有利和不利两方面的作用。本文提出利用隔震方法来控制附属结构
地震反应的思想，它的优点是既可以控制附属结构过大的地震反应，又能对下部主体结构
产生有利的消振作用，并且这种方法在应用方面也不存在技术障碍．

1附属结构隔震原理的分析
隔震是一种有效的结构控制方法，它的形式多种多样161"1。对于附属结构而言，采用橡
胶垫或复合橡胶垫支撑的隔震方法比较适台。下面以图1所示的理想双体结构模型来
分析附属结构的隔震原理。
现假定：(1)附属结构与主体结构之间以蕊震
支撵相连，设控制力取为"(c)=∞(￡]的形
式，其中c。分别表示隔震支撵的刚度和叵尼系
数．(2)地面运动假定为平稳过滤白噪声形式。其
模型为

f)旦V1

．I
-(￡)=旦_(￡)+O)
母1理想双悼结构嚣彗

式中：——地面运动加速度：

——平稳白噪声过程，且E)j=0，E(￡)．+=
。

一一：=嘲，==[一昌一：]

分别为场地的卓越频率和阻尼比。
基于上述基本假定，我们可以得封下面彤式的微分方程组

j)+0+戈(0+2P毫+∞≥=01

j+式)+2口角_￡)+n)x(亡)一[2)+扫删=0

式中：频率=~厂瓦，∞=~厂夏，并设频率比为k：；
阻尼比=Cd2mo~,{=C／2Mea，并设阻尼比之比为=。

一20～

附属结构与主体结构的质量比为=mdM。
将式(2)化成状态方程形式

c。=』∞+c。

式中
=[：嘲[_[0]

厂L_一]r2和一02{lJ0]
一(1+九j，王L一2和一(1+)2。J

如果将式(1)与式(3)结合则可以构成扩大状态向量方程

{}睦]{)+{}谛(4)

或

-
Z(O=-P·_(f)+(。

对于上式的状态方程，其封闭解满足下面二阶矩方程

P·R+R-
一一一(6)
F一+2nS~-Q虿=迎

式中：显——结构响应的二阶矩矩阵，为实对称形的．
求解式(6)的矩阵方程即可求得主、附结构的随机地震反应．
为了研究附属结构与主体结构相互作用的机理，现对图1所示的体系进行数值分
析。并定义

』=吁／

=△口／A．(8)

其中：——附属结构与主体结构之间以隔震器相接时受控响应的均方值；

——附属结构与主体结构之间以一般构件(如墙、柱等)相接时无控制响应的
均方值：
产0，1——附属结构和主体结构。

一21—

、△——附属结构与主体结构层问位移的均方值；
s=O——无控制情况；
s=c——有控制情况。
根据前述的分析方法，在给出计算参数后可以得到如图2～图5所示的计算结果．

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图2“曲线图3曲线

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