看基于隔标的新版PKPM-GZ如何高效自动优选隔震支座

玛丽的锁链

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2021-09-28

隔震结构设计的一项关键工作是确定隔震支座的布置。隔震支座的布置至少需要满足对支座面压的要求、上部结构质量中心和隔震层刚度中心偏心率的要求、及隔震支座变形的要求,同时还需要满足目标减震系数的要求。《建筑隔震设计标准》GBT51408-2021(以下简称“隔标”)与《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(2016版)(以下简称“抗规”)对隔震支座的布置和验算要求均有详细的规定,PKPM-GZ软件结合这些要求,提供了自动优选隔震支座尺寸的功能,辅助设计师进行高效、便捷的选择隔震支座,进行隔震结构的设计。

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隔标对隔震支座的要求

01 隔标对隔震层偏心率的要求

隔标4.6.2条要求,隔震层的刚度中心与质量中心宜重合,设防地震作用下的偏心率不大于3%,如图1所示。

图1隔标对隔震层偏心率的要求

02 隔标对隔震支座长期面压的要求

隔标4.6.3条要求,隔震支座在重力荷载代表值作用下,竖向压应力设计值不应超过下表规定的压应力限值,如图2及图3所示。

图2隔标对支座长期面压的要求

图3各类支座长期面压的限值

03 隔标对隔震支座罕遇地震下变形的要求

隔标4.6.6条要求,隔震支座在罕遇地震作用下支座的变形需要满足相关的限值要求,如图4所示。

图4 支座在罕遇地震下的变形限值及要求

04 隔标对隔震支座罕遇地震下压应力及拉应力的要求

隔标4.6.9条要求,隔震支座在罕遇地震作用下支座的最大压应力及拉应力需要满足相关的限值要求,如图5、图6及图7所示。

图5支座在罕遇地震下的最大压应力及拉应力的限值要求

图6支座在罕遇地震下的最大压应力的限值

图7支座在罕遇地震下的最大拉应力的限值

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抗规对隔震支座的要求

01 抗规对隔震支座极限水平变位的要求

抗规12.2.3条要求,隔震层的隔震支座的极限水平变位要满足规范的限制要求,如图8所示。

图8 抗规对隔震支座极限水平变位的要求

02 抗规对隔震支座长期面压的要求

抗规12.2.3条要求,隔震层隔震支座在重力荷载代表值作用下,竖向压应力需要根据建筑的设防类别满足规范的限值要求,如图9所示。

图9抗规对隔震支座压应力的限值要求

03 抗规对隔震支座最大拉应力的要求

抗规12.2.3条要求,隔震层隔震支座还需要满足罕遇地震作用下的最大拉应力要求,拉应力不大于1Mpa,如图10所示。

图10 抗规对隔震支座罕遇地震下的拉应力限值要求

04 抗规对隔震层偏心率的要求

抗规对隔震层的布置还需要满足上部结构质量中心和隔震层刚度中心偏心率的要求。一般控制上部结构重心和隔震层刚度中心偏心率在3%以内。

05 抗规对隔震支座满足目标减震系数的要求

抗规对隔震层的布置还需要满足对目标减震系数的要求,如图11所示。

图11抗规对水平向减震系数的要求

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PKPM-GZ软件实现隔震支座的自动优选

为了提高隔震支座选择的效率,PKPM-GZ软件按照隔标及抗规对隔震支座的要求,提供了自动优选隔震支座的功能。

隔震支座的布置至少需要满足对支座面压的要求、上部结构质量中心和隔震层刚度中心偏心率的要求,同时还需要满足目标减震系数的要求。

自动优选隔震支座的功能使用流程如下:

1)指定减震目标和偏心率要求

2)对支座定义分组

3)布置支座分组

4)程序自动选择支座

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隔震支座自动优选案例

以下图12所示高层隔震结构为例,介绍如何在工程中使用隔震支座自动优选高效选择满足设计预期的隔震支座。

图12隔震结构支座自动优选案例三维图

第一步,在支座布置界面上由手动布置切换到自动布置,并指定隔震层偏心率和目标减震系数。非隔震结构基本周期由程序按经验公式估算给出默认值,为了更准确计算非隔震结构的地震作用,建议用户修正非隔震结构的第一阶周期。

图13自动优选隔震支座界面

第二步,点击增加按钮,建立隔震支座分组。如下图所示分组“ICOM1”中选择了产品库中所有尺寸的铅芯橡胶支座。当某个支座位置处布置了ICOM1分组时,程序将自动从该组中选择一个合适尺寸的支座。

图14 建立隔震支座分组

第三步,在需要布置隔震支座的柱上布置分组。如下图15所示,通常铅芯橡胶支座需布置在结构平面外侧,天然橡胶支座布置在平面内部。

图15布置分组之后的支座

第四步,点击计算按钮由程序自动计算满足目标条件的隔震支座尺寸。

图16 程序自动选出的隔震支座

点击结果按钮可以查看预估的目标减震系数和隔震层偏心率等计算结果。从图17结果可以看出,程序自动为每个需要布置隔震支座的位置选择了具体型号的支座,并归并为2种类型,即直径1300的铅芯橡胶支座和直径1100的天然橡胶支座。

图17程序自动优选结果查看

作为对比,这里列出了原设计单位选择的支座类型,采用的是直径1100和1200的铅芯橡胶支座以及直径1100的天然橡胶支座。可见自动选择的支座尺寸是比较合理的,可以供设计师参考,或者在此基础上对支座尺寸和布置继续进行调整已达到更满意的布置。

图18原设计单位的支座选型和布置

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隔震支座自动优总结

PKPM-GZ软件按照隔标及抗规对隔震支座的要求,根据对支座长期面压的要求、对上部质量中心和隔震层刚度中心偏心率的要求及目标减震系数的要求,通过简单的操作,可以实现对隔震支座的自动优选,可供设计师高效、便捷的选择满足设计预期的隔震支座。

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