[發明專利]一種用于新建耗能減震結構的優化設計方法

無效

• 申請號: 201410335765.0
• 申請日: 2014-07-15
• 公開（公告）號: CN104120803A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 陳敏
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬于土木工程領域，尤其涉及新建的耗能減震結構。

背景技術

自耗能減震裝置應用于工程結構以來，即得到廣泛的關注，并成為研究熱點。一些學者希望實現減震裝置在結構中的最優布置，既減少減震裝置的需求量，又減小對建筑功能的影響。

目前有多種優化方法被應用于阻尼器的優化布置，如：一維搜索算法、最速下降法、基于梯度優化方法，以及遺傳算法等，都取得了一定的效果。但這些優化布置方法主要是針對已建結構的抗震加固，且難以被廣大結構工程師所掌握。目前新建消能減震結構的設計主要分成兩個步驟：首先將設防烈度適度降低，一般不超過1度，對主體結構進行設計；然后依地震需求確定消能部件的數量與位置。此方法與已建結構抗震加固無實質區別，故難以取得滿意的消能減震效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于新建耗能減震結構的優化設計方法，旨在解決現有的減震結構設計方法難以被廣大結構設計工程師掌握推廣，且優化效果尚不能讓設計者與業主完全滿意的問題。

本發明是這樣實現的，該用于新建耗能減震結構優化設計方法是將主體結構與減震裝置當作一個有機整體，將結構底部安裝減震裝置樓層主體結構抗側剛度作為減震裝置的設計參數之一，基于隔震理論進行優化設計。

首先，通過振型分析設計隔震層。如隔震層高度沒受嚴格控制，則可先假定隔震層抗側構件截面尺寸與材料強度，通過振型分析確定隔震樓層高度，判斷層高是否合理，如不合理則調整抗側構件截面尺寸與材料強度，或者隔震樓層數量；如隔震層高度一定，亦可通過振型分析確定隔震層抗側構件截面尺寸與材料強度。隔震層振型分析公式為：

|[k_b]-ω²[m_b]|＝0

式中[k_b]為隔震層剛度矩陣，[m_b]為隔震層質量矩陣，而ω則取場地特征頻率。

其次，依據所選擇的性能目標，或者規范允許的層間位移值等控制指標，通過時程分析確定所需安裝減震裝置數量。

效果匯總

本發明將主體結構與減震裝置看作有機整體對減震結構進行設計而取得更好的減震效果，將隔震層主體結構抗側剛度作為減震裝置設計參數，使隔震層基本周期與場地特征周期相等或接近以取得最佳減震效果，依本發明可將減震裝置僅安裝在結構底部2～3層，而極大的釋放建筑空間，對高烈度區耗能減震技術的推廣應用具有一定的實際意義。

其次本發明易被廣大結構設計工程師掌握應用。只需其掌握振型分析基本原理，就可設計出減震結構的隔震層，確定其層高、抗側構件截面尺寸、材料強度等主要參數。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的減震體系的計算模型；

圖2是本發明實施例依據的隔震結構R_a－ω/ω_n的關系曲線；

圖3是本發明實施例提供的隔震層的計算模型；

圖4是本發明實施例提供的框架結構平面示意圖；

圖5是本發明實施例提供的減震結構立面示意圖；

圖6是本發明實施例提供的五組實際記錄與兩組人工模擬的加速度時程曲線；

圖7是本發明實施例提供的七組多遇地震下不同工況最大層間位移角曲線。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明是這樣實現的，該用于新建耗能減震結構優化設計方法是將主體結構與減震裝置當作一個有機整體，將結構底部安裝減震裝置樓層主體結構抗側剛度作為減震裝置的設計參數之一，基于隔震理論進行優化設計。

1.具體實施步驟如下：

(1)設計隔震層

通過振型分析設計隔震層使之基本周期與特征周期相等。如隔震層高度沒受嚴格控制，則可先假定隔震層抗側構件截面尺寸與材料強度，通過振型分析確定隔震樓層高度，判斷層高是否合理，如不合理則調整抗側構件截面尺寸與材料強度，或者隔震樓層數量；如隔震層高度一定，亦可通過振型分析確定隔震層抗側構件截面尺寸與材料強度。隔震層振型分析公式為：

|[k_b]-ω²[m_b]|＝0