Introducció completa a la recomanació per al disseny d'edificis aïllats de base

Recomanació per al disseny deEdificis aïllats de base(títol xinès: 隔震结构设计), compilat per l'Institut d'Arquitectura del Japó (AIJ) i traduït per Liu Wenguang amb correcció de Feng Demin, va ser publicat per primera vegada per Earthquake Press el desembre de 2005. Com a obra emblemàtica aEnginyeria d'aïllament sísmic, aquest llibre presenta sistemàticament els principis de disseny, detalls tècnics, casos pràctics i dades de suportedificis base-aïllats, que serveix com a referència bàsica per a enginyers estructurals, investigadors i estudiants de tot el món-especialment elsregions-propenses a terratrèmolscom el Japó, els EUA i Europa.

El llibre s'estructura en quatre parts, cadascuna amb un posicionament funcional clar:

1. Part 1: Disseny deEstructures aïllades de base: Se centra en conceptes fonamentals, incloses les característiques deestructures aïllades, visió general dedispositius d'aïllament, principis generals de disseny, moviment del sòl d'entrada i disseny estructural. Estableix les bases teòriques per al disseny pràctic.
2. Part 2: Volum explicatiu: Aprofundeix en la comprensió de tecnologies clau, com ara l'eficàcia deestructures aïllades,disseny decoixinets d'aïllament (e.g., coixinets de goma laminat), avaluació del rendiment de l'amortidor i predicció del moviment del sòl.
3. Part 3: exemples de disseny: ofereix 7 casos pràctics (p. ex., edificis d'oficines de gran-altura, hospitals, centres de dades) per demostrar com aplicar mètodes teòrics a escenaris-del món real, incloses solucions per a fonaments de sòls tous ireacondicionament sísmicdels edificis existents.
4. Part 4: Volum de dades de disseny: Ofereix paràmetres tècnics detallats percoixinets d'aïllament, amortidors, i el moviment del sòl, incloses les propietats del material, els càlculs de rigidesa i els mètodes de prova de rendiment-essencials per a un disseny precís.

El llibre destaca que l'actuació deedificis base-aïllatsdepèn principalmentdispositius d'aïllamentidissipació d'energiacomponents. A continuació es mostra una introducció detallada als productes bàsics, els seus mecanismes de treball i els criteris de disseny.

2.1 Coixinets d'aïllament

Coixinets d'aïllamentsón el nucli de la capa d'aïllament, responsable de suportar càrregues verticals i desacoblar el moviment sísmic horitzontal. El llibre se centra en tres tipus principals:

2.1.1 Coixinets de cautxú laminat

Compostos per capes alternes de plaques de cautxú i d'acer, presenten una gran rigidesa vertical i una baixa rigidesa horitzontal-permeten aïllar el moviment sísmic horitzontal alhora que suporten de manera estable el pes de l'edifici. Es classifiquen en tres subtipus segons la funcionalitat:

1. Coixinets de cautxú natural (NRB): Utilitzeu cautxú natural amb una excel·lent elasticitat i un baix amortiment. Requereixen la combinació amb amortidors independents per absorbir l'energia sísmica.
2. Coixinets de goma d'-amortització elevada (HDRB): barregeu cautxú natural/sintètic amb additius-que milloren l'amortiment (p. ex., negre de carboni). Integreguen funcions de molla i amortiment, eliminant la necessitat d'amortidors addicionals. Tanmateix, la seva rigidesa i amortiment són sensibles a la temperatura i la tensió (per exemple, la relació d'amortiment equivalent disminueix amb l'augment de la temperatura).
3. Coixinets de goma de nucli de plom- (LRB): Inseriu un nucli de plom al centre deNRBs. El nucli de plom cedeix plàsticament sota el moviment sísmic per absorbir energia, formant una corba histerètica bilineal estable. Especificacions clau: força de fluència i rigidesa posterior a la fluència-; El diàmetre del nucli de plom sol ser del 10 al 20% del diàmetre del coixinet.

2.1.2 Coixinets lliscants

Confieu en el lliscament entre materials (per exemple, PTFE i acer inoxidable).aïllar el moviment sísmic, utilitzant la fricció per dissipar energia. Es divideixen en:

1. Coixinets lliscants rígids: Manca força de recuperació elàstica; s'utilitza principalment per a components de baixa-càrrega (p. ex., escales). Necessiten una combinació amb elements elàstics (p.NRBs) per restaurar la posició després d'un terratrèmol.
2. Coixinets elàstics de lliscament:Combina una capa lliscant amb un coixinet de goma laminat. La capa de goma proporciona una petita-elasticitat de deformació, mentre que la capa de lliscament aïlla el gran moviment sísmic. El coeficient de fricció és crític-normalment 0,02–0,12 per a les combinacions d'acer inoxidable-PTFE.

2.2 Amortidors

Suplement d'amortidorscoixinets d'aïllamentabsorbint l'energia sísmica i limitant el desplaçament de la capa d'aïllament. El llibre els classifica en funciódissipació d'energiamecanismes:

2.2.1Amortidors histerètics

Dissipar energiamitjançant deformació plàstica de metalls o fricció:

1. Amortidors de barres d'acer: Utilitzeu la deformació plàstica d'acer suau; les corbes histerètiques tenen forma{0}}de fus. Tenen una gran durabilitat però requereixen una gran deformació per exercir efectes.
2. Amortidors de plom: confiar en el flux de plàstic del plom; característiques histerètiques estables i baixa sensibilitat a la temperatura. La força de rendiment es pot ajustar canviant el diàmetre del cable.
3. Amortidors de fricció: feu servir la fricció entre les superfícies de contacte (p. ex., plaques d'acer amb molla-). Les corbes histerètiques són rectangulars, adequades per a terratrèmols petits-a-moderats.

2.2.2 Amortidors viscosos

Dissipació d'energia mitjançant la resistència viscosa de fluids o materials viscoelàstics:

1. Amortidors d'oli: Utilitzeu la resistència al flux de fluids en una estructura de pistó-cilindre. La força d'amortiment és proporcional a la velocitat. Són efectius per al moviment sísmic de llarg-període.
2. Amortidors viscoelàstics:Utilitzeu la deformació per cisalla de materials viscoelàstics (per exemple, barreges de cautxú). Treballen sota petites deformacions, el que els fa aptes per al control de vibracions del vent i petits terratrèmols.

Els mètodes de disseny del llibre estan arrelats en els estàndards japonesos, però per a l'aplicació global, és fonamental comparar-los amb els codis nord-americans i europeus. A continuació es mostra una comparació de les disposicions bàsiques (es proporciona una taula detallada d'Excel per separat, amb una llista de les diferències clàusula-per-clàusula).

3.1 Filosofies fonamentals del disseny

3.2 Disseny del moviment del terreny

1, Japó:

Utilitza "espectre d'energia" (valor equivalent de velocitat ) per caracteritzar el moviment del sòl, tenint en compte els components de període llarg-(crític per a estructures d'aïllament amb períodes de 3 a 5 segons).

Requereix tenir en compte l'entrada de moviment de terra bidireccional; L'energia total és la suma dels components NS i EW.

2, U.S.:

Adopta "espectre de resposta de disseny" (ASCE 7) amb un 5% d'amortiment; s'ajusta per a la classe del lloc (A-F) i el nivell de risc sísmic (S_DS, S_D1).

Perestructures d'aïllament, obliga com a mínim a 3 registres de moviment del terreny (2 històrics, 1 sintètic) per a l'anàlisi de l'historial temporal-.

3, Europa:

Defineix "espectre de disseny elàstic" i "espectre de disseny inelàstic"; La classificació del lloc es basa en la velocitat mitjana de l'ona de cisalla.

Considera les zones de risc sísmic (Z1–Z3) i les classes d'importància de l'edifici (I–IV); ajusta els paràmetres de moviment del sòl en conseqüència.

3.3 Requisits de rendiment del dispositiu d'aïllament

1, Coixinets de cautxú laminat:

Japó (AIJ): requereix S_1 > 30 , S_2 > 5 ; esforç de compressió màxim-a llarg termini Menor o igual a 15 N/mm²; Tensió de cisalla Menor o igual al 250% en terratrèmols rars.

EUA (FEMA 356): obliga a proves de càrrega cíclica per a prototips; desviació de rigidesa horitzontal Menor o igual a ±15%; prova de durabilitat durant 50 anys de servei.

Europa (Eurocodi 8): especifica S_1, S_2 ; esforç de compressió Menor o igual a 20 N/mm²; Tensió de cisalla Menor o igual al 200% per a HDRB.

2, Amortidors:

Japó: requereix una capacitat d'absorció d'energia d'amortiment superior o igual a 1,5 vegades l'energia d'entrada sísmica de disseny.

EUA: per als amortidors histerètics, exigeix ​​proves de fatiga (més o igual a 200 cicles en el desplaçament de disseny).

Europa: requereix proves dinàmiques per verificar la relació d'amortiment i les característiques de desplaçament{0}}de força a diferents velocitats.

3.4 Mètodes d'anàlisi estructural

1, Japó:

Promou l'"anàlisi d'envolupant" (mètode simplificat basat en l'estalvi d'energia) per al disseny preliminar; utilitza l'anàlisi de l'-historial de temps per a la verificació.

Per a la torsió, assumeix l'estructura superior com un cos rígid per simplificar el càlcul.

2, U.S.:

Requereix l'anàlisi de l'-historial de temps per a totsestructures d'aïllament; modela dispositius d'aïllament amb corbes histerètiques bilineals o trilineals.

Per a edificis d'aïllament-de gran alçada, s'exigeix ​​que tinguin en compte els efectes P{-Δ i les vibracions en mode-superior.

3, Europa:

Permet un mètode de linealització equivalent perestructures d'aïllament elàstic; requereix una anàlisi de l'historial de temps-inelàsticdispositius inelàstics.

Emfatitza l'anàlisi de la-interacció de l'estructura del sòl (SSI) per a llocs de sòls tous.

3.5 Construcció i Manteniment

1, Japó:

Obliga al 100% d'inspecciócoixinets d'aïllament(rigidesa vertical, rigidesa horitzontal); la inspecció posterior al-sisme només requereix comprovacions visuals.

Requereix marcatgeedificis d'aïllamentper evitar l'obstrucció del desplaçament de la capa d'aïllament.

2, U.S.:

Requereix una inspecció de tercers-durant la construcció; Els plans de manteniment inclouen comprovacions visuals anuals i proves detallades de 5 anys.

3, Europa:

Especifica els requisits de durabilitat (per exemple, els coixinets de goma han de resistir els cicles d'ozó i temperatura); obliga els registres de manteniment durant 30 anys.

Recomanació per al disseny deEdificis aïllats de baseofereix un marc global perDisseny d'aïllament sísmic, amb-cobertura detallada de dispositius, mètodes d'anàlisi i casos pràctics. Per als enginyers del Japó, els EUA i Europa, el llibre ofereix:

Informació sobre la tecnologia d'aïllament japonesa (p. ex., aïllament de llarg-període per a llocs de gran-altura i sòls tous).

Una base per comparar i optimitzar codis locals (p. ex., integrar l'espectre energètic del Japó al disseny basat en el rendiment- dels EUA o d'Europa).

Guia per a projectes transfronterers-, garantint el compliment de diversos estàndards.

Aquest llibre continua sent un recurs vital per avançarPràctiques d'aïllament sísmicglobalment, unint la innovació teòrica i l'aplicació de l'enginyeria.