基于名义刚度比的隔震结构适用范围*

尚守平，李晓宇

(湖南大学土木工程学院，长沙 410082)

0 概述

刚度是指结构或者构件抵抗某种变形的能力，水平刚度能够体现水平力与水平位移的关系。基础隔震就是利用隔震层较小的水平刚度达到隔离地震的目的，因此基础隔震层的水平刚度在隔震体系中起着重要作用[1]。隔震结构的理想状态是上部结构的水平刚度无限大，在地震作用下上部结构只发生平动，变形主要集中在隔震层，但在实际隔震结构中，上部结构的水平刚度有限，因此需要进一步研究有限刚度的上部结构与隔震层的动力反应。在实际工程中，上部结构真实水平刚度的计算较为麻烦[2]，提出与上部结构基本周期有关的上部结构名义水平刚度概念，定义上部结构名义水平刚度与隔震层水平刚度之比为名义刚度比。本文研究名义刚度比对隔震效果的影响，为隔震结构适用条件提供新思路。

1 隔震结构的等效体系

1.1 隔震结构等效双自由度体系

将上部多自由度体系等效为单自由度体系，并将其与隔震层组合，形成等效双自由度体系，见图1。

图1 等效双自由度体系

1.2 上部结构的名义刚度

对于上部结构，采用《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)[3]推荐的结构基本自振周期的经验计算公式来估计上部结构的基本周期Tu：

Tu=θn

(1)

式中：θ为周期调整系数，钢结构可选0.1～0.15，钢筋混凝土结构可选0.05～0.1；n为建筑总层数。

若上部结构基本周期为Tu，由公式wu=2π/Tu和wu2=ku/Mu可得到：

(2)

式中：Mu为上部结构的质量；ku为上部结构名义水平刚度；……