Introducere cuprinzătoare la recomandarea pentru proiectarea clădirilor izolate de bază

Recomandare pentru proiectareaClădiri izolate de bază(titlu chinezesc: 隔震结构设计), compilat de Institutul de Arhitectură al Japoniei (AIJ) și tradus de Liu Wenguang cu corecturi de Feng Demin, a fost publicat pentru prima dată de Earthquake Press în decembrie 2005. Ca o lucrare de reper îninginerie de izolare seismică, această carte prezintă în mod sistematic principiile de proiectare, detalii tehnice, cazuri practice și date de sprijin aleclădirile de bază-izolate, servind drept referință de bază pentru inginerii structurali, cercetători și studenți la nivel global-în special cei dinregiuni predispuse la-cutremurprecum Japonia, SUA și Europa.

Cartea este structurată în patru părți, fiecare cu o poziționare funcțională clară:

1. Partea 1: ProiectareaStructuri izolate de bază: Se concentrează pe concepte fundamentale, inclusiv pe caracteristicilestructuri izolate, prezentare generală adispozitive de izolare, principiile generale de proiectare, mișcarea solului de intrare și proiectarea structurală. El pune bazele teoretice pentru proiectarea practică.
2. Partea 2: Volumul explicativ: Aprofundează înțelegerea tehnologiilor cheie, cum ar fi eficiențastructuri izolate,proiectarea derulmenți de izolare (e.g., rulmenți din cauciuc laminat), evaluarea performanței amortizoarelor și predicția mișcării solului.
3. Partea 3: Exemple de proiectare: oferă 7 cazuri practice (de exemplu, clădiri de birouri înalte-, spitale, centre de date) pentru a demonstra cum se aplică metode teoretice la scenarii-lumii reale, inclusiv soluții pentru fundații de sol moale șimodernizare seismicăa clădirilor existente.
4. Partea 4: Volumul datelor de proiectare: Oferă parametrii tehnici detaliați pentrurulmenți de izolare, amortizoareși mișcarea solului, inclusiv proprietățile materialelor, calculele de rigiditate și metodele de testare a performanței-esențiale pentru o proiectare precisă.

Cartea subliniază faptul că performanța declădirile de bază-izolatedepinde în primul rând dedispozitive de izolareşidisiparea energieicomponente. Mai jos este o introducere detaliată a produselor de bază, a mecanismelor lor de lucru și a criteriilor de proiectare.

2.1 Rulmenți de izolare

Lagăre de izolaresunt nucleul stratului de izolare, responsabil pentru susținerea sarcinilor verticale și decuplarea mișcării seismice orizontale. Cartea se concentrează pe trei tipuri principale:

2.1.1 Rulmenți din cauciuc laminat

Compus din straturi alternative de cauciuc și plăci de oțel, ele prezintă o rigiditate verticală ridicată și o rigiditate orizontală scăzută-permițându-le să izoleze mișcarea seismică orizontală în timp ce susțin stabil greutatea clădirii. Ele sunt clasificate în trei subtipuri în funcție de funcționalitate:

1. Rulmenti din cauciuc natural (NRB): Folosiți cauciuc natural cu elasticitate excelentă și amortizare scăzută. Acestea necesită potrivire cu amortizoare independente pentru a absorbi energia seismică.
2. Rulmenți de cauciuc cu amortizare ridicată (HDRB): Amestecați cauciucul natural/sintetic cu aditivi de amortizare-(de exemplu, negru de fum). Acestea integrează funcții de arc și de amortizare, eliminând necesitatea unor amortizoare suplimentare. Cu toate acestea, rigiditatea și amortizarea lor sunt sensibile la temperatură și deformare (de exemplu, raportul de amortizare echivalent scade odată cu creșterea temperaturii).
3. Rulmenți de cauciuc cu miez de plumb (LRB): Introduceți un miez de plumb în centrulBNR-uri. Miezul de plumb cedează plastic sub mișcarea seismică pentru a absorbi energie, formând o curbă histeretică biliniară stabilă. Specificații cheie: forța de curgere și rigiditatea post-de curgere; diametrul miezului de plumb este de obicei 10–20% din diametrul rulmentului.

2.1.2 Rulmenți de alunecare

Bazați-vă pe alunecarea între materiale (de exemplu, PTFE și oțel inoxidabil) pentru aizolați mișcarea seismică, folosind frecare pentru a disipa energia. Ele sunt împărțite în:

1. Rulmenti de alunecare rigidi: Lipsa forței elastice de recuperare; utilizat în principal pentru componentele cu sarcină redusă-(de exemplu, scări). Acestea necesită potrivire cu elemente elastice (de exemplu,BNR-uri) pentru a restabili poziția după un cutremur.
2. Rulmenti elastici de alunecare:Combinați un strat de alunecare cu un rulment de cauciuc laminat. Stratul de cauciuc asigură o elasticitate la deformare mică-, în timp ce stratul de alunecare izolează mișcarea seismică mare. Coeficientul de frecare este critic-de obicei 0,02–0,12 pentru combinațiile de oțel inoxidabil PTFE-.

2.2 Amortizoare

Supliment amortizoarerulmenți de izolareprin absorbția energiei seismice și limitarea deplasării stratului de izolare. Cartea le clasifică pe bazadisiparea energieimecanisme:

2.2.1Amortizoare histeretice

Disipați energiaprin deformarea plastică a metalelor sau prin frecare:

1. Amortizoare cu bară de oțel: Utilizați deformarea plastică a oțelului blând; curbele histeretice sunt în formă de fus{0}}. Au o durabilitate mare, dar necesită o deformare mare pentru a exercita efecte.
2. Amortizoare cu plumb: Bazați-vă pe fluxul de plastic al plumbului; caracteristici histeretice stabile și sensibilitate scăzută la temperatură. Forța de curgere este reglabilă prin modificarea diametrului plumbului.
3. Amortizoare de frecare: Folosiți frecare între suprafețele de contact (de exemplu, plăci de oțel cu arc-încărcate). Curbele histeretice sunt dreptunghiulare, potrivite pentru cutremure mici-și-moderate.

2.2.2 Amortizoare vâscoase

Disipați energia prin rezistența vâscoasă a fluidelor sau a materialelor vâscoelastice:

1. Amortizoare de ulei: Utilizați rezistența la curgerea fluidului într-o structură cu piston-cilindru. Forța de amortizare este proporțională cu viteza. Sunt eficiente pentru mișcarea seismică-de lungă durată.
2. Amortizoare vâscoelastice:Utilizați deformarea prin forfecare a materialelor vâscoelastice (de exemplu, amestecuri de cauciuc). Acestea lucrează sub deformații mici, făcându-le potrivite pentru controlul vibrațiilor vântului și mici cutremure.

Metodele de proiectare ale cărții sunt înrădăcinate în standardele japoneze, dar pentru aplicarea globală, este esențial să le comparăm cu codurile din SUA și Europa. Mai jos este o comparație a prevederilor de bază (un tabel Excel detaliat este furnizat separat, enumerând diferențele clauză-cu-clauză).

3.1 Filosofii fundamentale de proiectare

3.2 Proiectarea mișcării solului

1, Japonia:

Utilizează „spectrul de energie” (valoarea echivalentă a vitezei) pentru a caracteriza mișcarea solului, luând în considerare componentele cu perioade lungi-(critice pentru structurile de izolare cu perioade de 3-5s).

Necesită luarea în considerare a intrării de mișcare a solului bidirecțională; energia totală este suma componentelor NS și EW.

2, U.S.:

Adoptă „spectrul de răspuns al proiectării” (ASCE 7) cu amortizare de 5%; se ajustează pentru clasa de amplasament (A–F) și nivelul de pericol seismic (S_DS, S_D1).

Pentrustructuri de izolare, impune cel puțin 3 înregistrări ale mișcării solului (2 istorice, 1 sintetică) pentru analiza istoricului de timp-.

3, Europa:

Definește „spectrul de design elastic” și „spectrul de proiectare inelastic”; Clasificarea locului se bazează pe viteza medie a undei de forfecare.

Ia în considerare zonele de pericol seismic (Z1–Z3) și clasele de importanță a clădirii (I–IV); ajustează parametrii de mișcare a solului în consecință.

3.3 Cerințe de performanță a dispozitivului de izolare

1, Rulmenți din cauciuc laminat:

Japonia (AIJ): Necesită S_1 > 30 , S_2 > 5 ; efort de compresiune maxim-pe termen lung Mai mic sau egal cu 15 N/mm²; deformare de forfecare Mai mică sau egală cu 250% în cazul cutremurelor rare.

SUA (FEMA 356): Obține teste ciclice de încărcare pentru prototipuri; abaterea rigidității orizontale Mai mică sau egală cu ±15%; test de durabilitate pentru 50 de ani de serviciu.

Europa (Eurocod 8): Specifică S_1, S_2 ; efort de compresiune Mai mic sau egal cu 20 N/mm²; deformare de forfecare Mai mică sau egală cu 200% pentru HDRB.

2, Amortizoare:

Japonia: Necesită o capacitate de absorbție a energiei de amortizare mai mare sau egală cu 1,5 ori energia seismică de intrare proiectată.

SUA: Pentru amortizoarele histeretice, solicită teste de oboseală (mai mare sau egală cu 200 de cicluri la deplasarea proiectată).

Europa: necesită teste dinamice pentru a verifica raportul de amortizare și caracteristicile{0}}deplasării forței la viteze diferite.

3.4 Metode de analiză structurală

1, Japonia:

Promovează „analiza plicului” (metodă simplificată bazată pe conservarea energiei) pentru proiectarea preliminară; folosește analiza-istoriei timpului pentru verificare.

Pentru torsiune, presupune structura superioară ca un corp rigid pentru a simplifica calculul.

2, U.S.:

Necesită analiză-istoriei timpului pentru toțistructuri de izolare; modelează dispozitive de izolare cu curbe histeretice biliniare sau triliniare.

Pentru clădirile de izolare-înalte, se impune luarea în considerare a efectelor P{-Δ și a vibrațiilor de-moduri mai mari.

3, Europa:

Permite metoda de liniarizare echivalentă pentrustructuri elastice de izolare; necesită analiză{0}}neelastică a istoriei timpului pentrudispozitive inelastice.

Accentuează analiza interacțiunii-structurii solului (SSI) pentru locurile de sol moale.

3.5 Construcție și întreținere

1, Japonia:

Obține o inspecție de 100%.rulmenți de izolare(rigiditatea verticală, rigiditatea orizontală); inspecția după-cutremur necesită doar verificări vizuale.

Necesită marcareclădiri de izolarepentru a preveni obstrucția deplasării stratului de izolare.

2, U.S.:

Necesită inspecție de la terți-în timpul construcției; planurile de întreținere includ verificări vizuale anuale și teste detaliate pe 5 ani.

3, Europa:

Specifică cerințele de durabilitate (de exemplu, rulmenții din cauciuc trebuie să reziste la ciclurile de ozon și temperatură); impune evidențe de întreținere pentru 30 de ani.

Recomandare pentru proiectareaClădiri izolate de bazăoferă un cadru cuprinzător pentruproiectare de izolare seismică, cu o-acoperire aprofundată a dispozitivelor, metodelor de analiză și cazurilor practice. Pentru inginerii din Japonia, SUA și Europa, cartea oferă:

Informații despre tehnologia japoneză de izolare (de exemplu, izolarea pe perioade lungi de-perioada lungă pentru grădini-înalte și terenuri moale).

O bază pentru compararea și optimizarea codurilor locale (de exemplu, integrarea spectrului energetic al Japoniei în designul bazat pe performanță-SUA sau european).

Ghid pentru proiecte transfrontaliere, asigurând conformitatea cu mai multe standarde.

Această carte rămâne o resursă vitală pentru avansarepractica de izolare seismicăla nivel global, creând o punte între inovația teoretică și aplicarea ingineriei.