Komplexný úvod do odporúčania pre návrh základných izolovaných budov

Odporúčanie pre dizajnZákladné izolované budovy(čínsky názov: 隔震结构设计), ktorú zostavil Architektonický inštitút Japonska (AIJ) a preložil Liu Wenguang s korektúrou Feng Demina, prvýkrát vydalo vydavateľstvo Earthquake Press v decembri 2005. Ako medzník v r.inžinierstvo seizmickej izolácie, táto kniha systematicky predstavuje konštrukčné princípy, technické detaily, praktické prípady a podporné údajezákladné{0}}izolované budovy, ktorá slúži ako základná referencia pre stavebných inžinierov, výskumníkov a študentov na celom svete-najmä pre týchzemetrasenia-oblasti náchylné na zemetrasenieako Japonsko, USA a Európa.

Kniha je štruktúrovaná do štyroch častí, z ktorých každá má jasné funkčné umiestnenie:

1. Časť 1: NávrhZákladné izolované štruktúry: Zameriava sa na základné pojmy vrátane charakteristíkizolované štruktúry, prehľadizolačné zariadenia, navrhnúť všeobecné princípy, vstupný pohyb zeme a konštrukčný návrh. Pokladá teoretický základ pre praktický dizajn.
2. Časť 2: Vysvetľujúci zväzok: Prehlbuje pochopenie kľúčových technológií, ako je napríklad účinnosťizolované štruktúry,dizajnizolačné ložiská (e.g., laminované gumové ložiská), hodnotenie výkonu tlmičov a predpoveď pohybu zeme.
3. Časť 3: Príklady dizajnu: Poskytuje 7 praktických prípadov (napr. výškové-kancelárske budovy, nemocnice, dátové centrá), ktoré demonštrujú, ako aplikovať teoretické metódy na scenáre skutočného-sveta, vrátane riešení pre mäkké pôdne základy aseizmické dodatočné vybavenieexistujúcich budov.
4. Časť 4: Objem konštrukčných údajov: Ponúka podrobné technické parametre preizolačné ložiská, tlmičea zemný pohyb vrátane vlastností materiálov, výpočtov tuhosti a metód testovania výkonu-nevyhnutných pre presný návrh.

Kniha zdôrazňuje, že výkon ozákladné{0}}izolované budovyzávisí predovšetkým odizolačné zariadeniaarozptyl energiekomponentov. Nižšie je uvedený podrobný úvod do základných produktov, ich pracovných mechanizmov a konštrukčných kritérií.

2.1 Izolačné ložiská

Izolačné ložiskású jadrom izolačnej vrstvy, zodpovedné za podporu vertikálneho zaťaženia a oddelenie horizontálneho seizmického pohybu. Kniha sa zameriava na tri hlavné typy:

2.1.1 Laminované gumené ložiská

Pozostávajú zo striedajúcich sa vrstiev gumy a oceľových dosiek a vyznačujú sa vysokou vertikálnou tuhosťou a nízkou horizontálnou tuhosťou,{0}} čo im umožňuje izolovať horizontálny seizmický pohyb a zároveň stabilne niesť hmotnosť budovy. Na základe funkčnosti sú rozdelené do troch podtypov:

1. Ložiská z prírodného kaučuku (NRB): Používajte prírodný kaučuk s vynikajúcou elasticitou a nízkym tlmením. Vyžadujú prispôsobenie sa nezávislým tlmičom na absorbovanie seizmickej energie.
2. Vysoko{0}}tlmiace gumené ložiská (HDRB): Zmiešajte prírodný/syntetický kaučuk s tlmiacimi-aditívami (napr. sadze). Integrujú pružinové a tlmiace funkcie, čím eliminujú potrebu ďalších tlmičov. Ich tuhosť a tlmenie sú však citlivé na teplotu a namáhanie (napr. ekvivalentný pomer tlmenia klesá so zvyšujúcou sa teplotou).
3. Olovené-gumové ložiská (LRB): Vložte olovené jadro do streduNRB. Olovené jadro sa pri seizmickom pohybe plasticky poddá, aby absorbovalo energiu a vytvorilo stabilnú bilineárnu hysteretickú krivku. Kľúčové špecifikácie: Prieťažná sila a klzná-tuhosť; priemer oloveného jadra je zvyčajne 10–20 % priemeru ložiska.

2.1.2 Klzné ložiská

Spoľahnite sa na kĺzanie medzi materiálmi (napr. PTFE a nehrdzavejúca oceľ).izolovať seizmický pohybpomocou trenia na rozptýlenie energie. Delia sa na:

1. Pevné klzné ložiská: Nedostatok elastickej obnovovacej sily; používa sa najmä pre nízko{0}}zaťažené komponenty (napr. schodiská). Vyžadujú zladenie s elastickými prvkami (napr.NRB) obnoviť polohu po zemetrasení.
2. Elastické klzné ložiská:Skombinujte klznú vrstvu s laminovaným gumeným ložiskom. Gumená vrstva poskytuje malú-deformačnú elasticitu, zatiaľ čo klzná vrstva izoluje veľké seizmické pohyby. Koeficient trenia je kritický-zvyčajne 0,02–0,12 pre kombinácie PTFE-nehrdzavejúcej ocele.

2.2 Tlmiče

Doplnok tlmičovizolačné ložiskáabsorbovaním seizmickej energie a obmedzením posunu izolačnej vrstvy. Kniha ich kategorizuje na základerozptyl energiemechanizmy:

2.2.1Hysteretické tlmiče

Rozptýliť energiuplastickou deformáciou kovov alebo trením:

1. Oceľové tyčové tlmiče: Použite plastickú deformáciu mäkkej ocele; hysterézne krivky majú vretenovitý{0}}tvar. Majú vysokú trvanlivosť, ale vyžadujú veľkú deformáciu, aby sa prejavili účinky.
2. Olovené tlmiče: Spoľahnite sa na plastický tok olova; stabilné hysteretické charakteristiky a nízka citlivosť na teplotu. Sila klzu je nastaviteľná zmenou priemeru elektródy.
3. Trecie tlmiče: Použite trenie medzi kontaktnými povrchmi (napr. pružinové-oceľové platne). Hysteretické krivky sú pravouhlé, vhodné pre malé-až{5}}stredné zemetrasenia.

2.2.2 Viskózne tlmiče

Rozptýliť energiu viskóznym odporom tekutín alebo viskoelastických materiálov:

1. Olejové tlmiče: Použite odpor prietoku tekutiny v štruktúre piestového-valca. Tlmiaca sila je úmerná rýchlosti. Sú účinné pri-dlhodobom seizmickom pohybe.
2. Viskoelastické tlmiče:Použite šmykovú deformáciu viskoelastických materiálov (napr. gumové zmesi). Pracujú pri malých deformáciách, vďaka čomu sú vhodné na kontrolu vibrácií vetra a malých zemetrasení.

Metódy návrhu knihy sú zakorenené v japonských štandardoch, ale pre globálnu aplikáciu je dôležité porovnať ich s americkými a európskymi kódmi. Nižšie je uvedené porovnanie základných ustanovení (podrobná tabuľka v Exceli je poskytnutá samostatne so zoznamom rozdielov medzi jednotlivými klauzuľami -po{4}}).

3.1 Základné filozofie dizajnu

3.2 Návrh zemného pohybu

1, Japonsko:

Používa „energetické spektrum“ (hodnota ekvivalentnej rýchlosti ) na charakterizáciu pohybu zeme, berúc do úvahy zložky s dlhým{0}}obdobím (kritické pre izolačné štruktúry s periódami 3–5 s).

Vyžaduje zváženie obojsmerného vstupu pohybu zeme; celková energia je súčtom zložiek NS a EW.

2, U.S.:

Prijíma "dizajnové spektrum odozvy" (ASCE 7) s 5% tlmením; prispôsobuje triede lokality (A–F) a úrovni seizmického ohrozenia (S_DS, S_D1).

Preizolačné štruktúry, vyžaduje aspoň 3 záznamy o pohybe zeme (2 historické, 1 syntetický) na analýzu časovej-histórie.

3, Európa:

definuje "elastické spektrum dizajnu" a "neelastické spektrum dizajnu"; klasifikácia miesta je založená na priemernej rýchlosti šmykovej vlny.

Zohľadňuje zóny seizmického ohrozenia (Z1–Z3) a triedy dôležitosti budov (I–IV); podľa toho upraví parametre pohybu zeme.

3.3 Požiadavky na výkon izolačného zariadenia

1, Laminované gumené ložiská:

Japonsko (AIJ): Vyžaduje S_1 > 30 , S_2 > 5 ; maximálne dlhodobé-napätie v tlaku menšie alebo rovné 15 N/mm²; šmykové napätie Menšie alebo rovné 250 % pri zriedkavých zemetraseniach.

US (FEMA 356): Nariaďuje cyklické záťažové testy pre prototypy; odchýlka horizontálnej tuhosti Menšia alebo rovná ±15 %; test odolnosti na 50 rokov prevádzky.

Európa (Eurokód 8): Určuje S_1, S_2 ; napätie v tlaku menšie alebo rovné 20 N/mm²; šmykové napätie Menšie alebo rovné 200 % pre HDRB.

2, Tlmiče:

Japonsko: Vyžaduje sa kapacita absorpcie tlmiacej energie Väčšia alebo rovná 1,5-násobku projektovanej seizmickej vstupnej energie.

USA: Pre hysteretické tlmiče nariaďuje únavové testy (väčšie alebo rovné 200 cyklom pri konštrukčnom posunutí).

Európa: Vyžaduje dynamické testy na overenie pomeru tlmenia a charakteristiky silového{0}}premiestnenia pri rôznych rýchlostiach.

3.4 Metódy štrukturálnej analýzy

1, Japonsko:

Podporuje „analýzu obálky“ (zjednodušená metóda založená na úspore energie) pre predbežný návrh; používa na overenie{0}}analýzu časovej histórie.

Pre krútenie predpokladá hornú konštrukciu ako pevnú karosériu na zjednodušenie výpočtu.

2, U.S.:

Vyžaduje analýzu časovej-histórie pre všetkýchizolačné štruktúry; modeluje izolačné zariadenia s bilineárnymi alebo trilineárnymi hysteretickými krivkami.

Pre výškové-izolačné budovy sú príkazy zohľadňujúce efekty P-Δ a vyššie-vibrácie v režime.

3, Európa:

Umožňuje ekvivalentnú metódu linearizácie preelastické izolačné štruktúry; vyžaduje neelastickú{0}}analýzu časovej histórieneelastické zariadenia.

Zdôrazňuje analýzu interakcie-štruktúry pôdy (SSI) pre miesta s mäkkou pôdou.

3.5 Výstavba a údržba

1, Japonsko:

Mandát na 100% kontroluizolačné ložiská(vertikálna tuhosť, horizontálna tuhosť); kontrola po-zemetrasení vyžaduje iba vizuálne kontroly.

Vyžaduje označenieizolačné budovyaby sa zabránilo prekážke posunu izolačnej vrstvy.

2, U.S.:

vyžaduje kontrolu treťou{0}}stranou počas výstavby; plány údržby zahŕňajú ročné vizuálne kontroly a 5-ročné podrobné testy.

3, Európa:

Špecifikuje požiadavky na trvanlivosť (napr. gumové ložiská musia odolávať ozónu a teplotným cyklom); nariaďuje záznamy o údržbe na 30 rokov.

Odporúčanie pre dizajnZákladné izolované budovyposkytuje komplexný rámec prenávrh seizmickej izolácie, s-hĺbkovým pokrytím zariadení, analytických metód a praktických prípadov. Pre inžinierov v Japonsku, USA a Európe kniha ponúka:

Pohľad do japonskej technológie izolácie (napr. dlhodobá-izolácia pre výškové-výškové budovy a miesta s mäkkou pôdou).

Základ pre porovnávanie a optimalizáciu miestnych kódov (napr. integrácia japonského energetického spektra do amerického alebo európskeho dizajnu založeného-na výkone).

Usmernenie pre{0}}cezhraničné projekty, ktoré zaisťuje súlad s viacerými štandardmi.

Táto kniha zostáva životne dôležitým zdrojom pre napredovanieprax seizmickej izolácieglobálne, premosťuje teoretické inovácie a inžinierske aplikácie.