本发明涉及大跨度建筑结构采用基础隔震的技术领域，尤其是涉及一种适用于大跨度结构的基础组合隔震布置结构及方法，具体可应用于采用不同类型隔震支座进行基础组合隔震的大跨度建筑结构。
背景技术：
隔震技术以延长结构自振周期达到减震目的，因此对于低层和多层建筑最为合适(如图1)，该建筑设置有隔震支座5，对于刚度较大的高层建筑也可应用隔震技术。采用隔震技术后，建筑抗震性能显著提高，高烈度地震区优先采用，可用于防灾救灾建筑、学校建筑、重要基础设施建筑等重点设防类的公共建筑。以往采用隔震的建筑主要为低层和多层建筑，隔震技术在大跨度建筑中应用较少(如图2)，大跨度结构设置有隔震层6。
机场等大跨度结构复杂、抗震需求高，隔震技术是解决高烈度地区大跨度结构抗震安全、保障大震下功能不中断的最有效手段。然而由于大跨度结构跨度大、结构复杂、荷载和刚度不均匀、地震行波效应影响显著等原因，造成大跨度结构隔震设计复杂，以往多、高层建筑的隔震设计方法已无法满足大跨度建筑的隔震设计需求。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种适用于大跨度结构的基础组合隔震的布置结构及方法，以解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种适用于大跨度结构的基础组合隔震布置结构，其包括：若干个分区域设置的不同类型的隔震支座；所述隔震支座包括：铅芯橡胶隔震支座、叠层橡胶隔震支座和速度型阻尼器；
所述铅芯橡胶隔震支座布置于隔震层的外围区域；
所述叠层橡胶隔震支座布置于隔震层的内部区域；
所述速度型阻尼器从正交两个方向布置于隔震层的外围区域。
作为一种进一步的技术方案，所述隔震支座还包括：弹性滑板支座；所述弹性滑板支座与所述叠层橡胶隔震支座布置于隔震层的内部区域。
作为一种进一步的技术方案，所述速度型阻尼器包括：粘滞阻尼器或电涡流阻尼器。
第二方面，本发明还提供一种根据所述的适用于大跨度结构的基础组合隔震的设计方法，其包括：在隔震层的外围区域布置铅芯橡胶隔震支座；在隔震层内部区域设置叠层橡胶隔震支座或叠层橡胶隔震支座与弹性滑板支座组合；在隔震层外围正交两个方向设置速度型阻尼器，并对布置后的隔震层进行多点多维地震分析和温度荷载下隔震层分析。
作为一种进一步的技术方案，对隔震层进行多点多维地震分析包括：按结构实际情况施加约束，采用加速度方法进行一致激励时程地震反应分析，此分析得到的位移结果为结构的相对位移反应，将其作为确定大质量的目标结果，即标准参考值；
确定考虑行波效应的地震动输入时程，采用行波法，在各点的波形不变情况下，采用常量视波速，对地震波仅考虑相位差，确定地震波传播方向和地震动输入方向，判断结构各约束点的起振时间；
对于铅芯橡胶隔震支座、叠层橡胶隔震支座、弹性滑板支座和速度型阻尼器，采用线性连接单元或非线性连接单元模拟；
对于多点输入地震反应分析，采用强制边界条件法与大质量法；
针对采用多点输入后的结构扭转效应，要求结构边部、角部的隔震支座矢量水平变形不得超出限值要求，其中，对于铅芯橡胶隔震支座和叠层橡胶隔震支座，变形应符合不超过0.55倍和3倍的橡胶层厚度之间较小值的要求，地震下短期面压控制在30mpa，拉应力不超过1mpa；对于弹性滑板支座，水平变形不超出支座设计位移限值，弹性滑板支座滑移时的橡胶支座部设计水平剪应变不大于50％，大震下滑板支座短期面压应不超过50mpa；
计算隔震层上部结构边部、角部柱子的内力，并与一致输入下的内力比较，得到内力放大系数，用于隔震层上部结构设计；
对多点输入与一致输入情况下的基底总剪力进行比较，判定结构在采用多点输入地震反应分析后，由于各约束点输入的不同步性所造成的平动反应减小的程度；
对于隔震层周边、角部的速度阻尼器出力和位移进行验算，要求不超出所选速度阻尼器型号的参数限值要求。
作为一种进一步的技术方案，对隔震层进行温度荷载下隔震层分析包括：
建立包括隔震层、隔震层上部结构、下部结构的分析模型，其中叠层橡胶隔震支座的水平刚度采用弹性刚度；铅芯橡胶隔震支座根据迭代计算确定，如支座温度下变形没有超过支座屈服位移，则采用屈服前刚度，如超过支座屈服位移，则采用等效刚度；对于弹性滑板支座采用等效刚度；
对于上部钢结构、混凝土结构采用不同的温度荷载取值；根据建筑物所在地区月平均气温，在确定结构合拢温度后，考虑太阳辐射、围护结构保温、冬季采暖和夏季空调情况，确定钢结构和混凝土结构的升温和降温荷载；
对隔震结构进行温度作用下的受力分析，对于隔震支座计算在温度工况下的水平变形，要求支座在温度工况下的变形，叠加罕遇地震下的支座变形，总变形值不得超出限值，对于铅芯橡胶隔震支座和叠层橡胶隔震支座，变形应符合不超过0.55倍和3倍的橡胶层厚度之间较小值的要求；对于弹性滑板支座，水平变形不超出支座设计限值；
对于隔震层上部混凝土板，要求温度工况下的混凝土应力和钢筋应力不超出设计限值。
进一步地，该设计方法整体包括如下步骤：
s1、确定隔震方案；
s2、确定隔震目标；
s3、对隔震层刚度进行估算；
s4、隔震装置的布置，包括：在隔震层的外围区域布置铅芯橡胶隔震支座；在隔震层内部区域设置叠层橡胶隔震支座或叠层橡胶隔震支座与弹性滑板支座组合；在隔震层外围正交两个方向设置速度型阻尼器；
s5、计算减震系数；
s6、减震系数验证，包括：
若减震系数满足标准值，则继续执行步骤s7；
若减震系数不满足标准值，则返回步骤s4；
s7、罕遇地震分析、多点多维地震分析和温度下隔震层分析；
s8、对隔震支座的位移、拉力和压力的验算；
若验证结果满足标准值，则继续执行步骤s9；
若验证结果不满足标准值，则返回步骤s4；
s9、系统评估；
若评估结果满足标准值，则结束隔震设计；
若评估结果不满足标准值，则返回步骤s4。
作为一种进一步的技术方案，步骤s1包括：
根据场地条件、性能目标和建筑条件确定隔震方案和隔震层的位置。
作为一种进一步的技术方案，步骤s8包括：
若验证结果通过多次反复验证仍然不满足标准值，通过在隔震层设置抗拉装置，再返回步骤s7。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明通过对不同类型隔震支座的合理布置和优化组合，能够形成与上部大跨度结构相协调的组合隔震层，有效减小上部结构扭转效应，显著提高隔震效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为多高层结构隔震示意图；
图2为大跨度结构隔震示意图；
图3为本发明实施例提供的大跨度基础组合隔震布置结构的示意图；
图4为本发明另一实施例提供的大跨度基础组合隔震布置结构的示意图；
图5为本发明实施例提供的大跨度基础组合隔震方法的流程示意图；图标：1－铅芯橡胶隔震支座、2－叠层橡胶隔震支座、3－弹性滑板支座、4－速度型阻尼器、5-隔震支座、6-隔震层。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例一
本实施例提供一种适用于大跨度结构的基础组合隔震布置结构，其包括：若干个分区域设置的不同类型的隔震支座；所述隔震支座包括：铅芯橡胶隔震支座1、叠层橡胶隔震支座2和速度型阻尼器4；所述铅芯橡胶隔震支座1布置于隔震层的外围区域；所述叠层橡胶隔震支座2布置于隔震层的内部区域(或者，所述隔震支座还包括：弹性滑板支座3；所述弹性滑板支座3与所述叠层橡胶隔震支座2布置于隔震层的内部区域)；所述速度型阻尼器4从正交两个方向布置于隔震层的外围区域(从截面来看为水平和水质两个方向)。优选地，作为一种进一步的技术方案，所述速度型阻尼器4包括：粘滞阻尼器或电涡流阻尼器。
本实施例在大跨度结构隔震层的外围区域布置刚度较大的隔震支座如铅芯橡胶隔震支座1，提高隔震层的抗扭转能力；本实施例在隔震层内部区域设置水平刚度较小的隔震支座(叠层橡胶隔震支座2、或叠层橡胶隔震支座2与弹性滑板支座3组合)，通过对不同类型隔震支座的合理布置和优化组合，控制隔震层的偏心率和合理的隔震层刚度，达到理想的隔震效果；本实施例在隔震层外围正交两个方向设置速度型阻尼器4，既提高隔震层的耗能能力，又可起到减小隔震层在大震下的变形、降低扭转效应等作用。
本实施例中，对于铅芯橡胶隔震支座1、叠层橡胶隔震支座2、弹性滑板支座3和速度型阻尼器4为现有产品，本实施例的研发内容是利用这些支座的不同受力特性，与阻尼器合理组合形成适用于大跨度结构隔震的高效隔震层。
其中，在叠层橡胶支座2中插入铅芯，形成铅芯橡胶隔震支座1，可以提高支座初始刚度，利于保证正常使用情况下(非地震时)支座具有足够的刚度，同时提高支座的阻尼特性，适宜布置在结构角部和周边的柱下，以增大结构整体抵抗扭转的能力。
其中，弹性滑板支座3由叠层橡胶、钢板、滑移材料、滑移面板(由镜面不锈钢板和支撑基板加工而成)及连接件组成。其工作原理是在竖向压应力作用下，依靠滑移材料在镜面不锈钢板上往复摩擦以消耗地震能量。由于弹性滑板支座的摩擦系数较小，遭遇地震时弹性滑板支座克服静摩擦力即可开始滑动。但震后仅靠弹性滑板支座本身无法复位，需与隔震橡胶支座混合使用以提供回弹力。隔震层采用一定比例的弹性滑板支座，可降低隔震层刚度，延长上部结构周期，提高隔震效果
其中，隔震设计时，可采用速度型阻尼器提高隔震层的耗能能力，可起到减小隔震层在大震下的变形、降低扭转效应等作用。在静载工况下，阻尼器无刚度。
其中，不同类型支座的恢复能力不同，无铅芯支座具有完全变形恢复能力，铅芯橡胶支座具有大部分变形恢复能力，弹性滑板支座基本没有变形恢复能力。
实施例二
结合图3至图5所示，本实施例在上述实施例一的基础之上，还提供一种适用于大跨度结构的基础组合隔震方法，包括：
首先根据场地条件、性能目标和建筑条件确定合理的隔震方案和隔震层位置；
其次确定合理的隔震目标，并对隔震层刚度进行估算；
对隔震支座的长期面压进行控制，并控制支座在竖向荷载下的竖向变形及变形差；
确定合理的隔震装置布置，在隔震层的外围区域布置刚度较大的隔震支座如铅芯橡胶隔震支座1，在隔震层内部区域设置水平刚度较小的隔震支座(叠层橡胶隔震支座2、或叠层橡胶隔震支座2与弹性滑板支座3组合)，控制隔震层的偏心率，并计算减震系数；在隔震层外围正交两个方向设置速度型阻尼器4，确定阻尼器的出力、位移等输出参数。
如减震系数不满足，对隔震装置进行局部调整，重新计算减震系数，直至满足；
对罕遇地震作用下的隔震支座水平位移控制、短期极小和极大面压验算、水平剪力等进行验算，同时考虑多点地震输入的影响；在隔震层外围正交两个方向设置速度型阻尼器4。
最后对于设置抗拉装置的结构进行抗拉装置设计验算；对风荷载作用下的抗风承载力验算；对转换梁、隔震支座支墩、支柱及相连构件承载力验算。
大跨度结构基础组合隔震设计完成。
本实施例中，优选地，由于如机场等大型公共建筑，结构平面尺度常大于300米，因此需进行考虑地震行波效应的多点地震输入下隔震层验算；
具体步骤：
(1)按结构实际情况施加约束，采用常用的加速度方法进行一致激励时程地震反应分析。此分析得到的位移结果，为结构的相对位移反应，将其作为确定大质量的目标结果，即标准参考值。
(2)确定考虑行波效应的地震动输入时程。采用行波法，在各点的波形不变情况下，采用常量视波速，对地震波仅考虑相位差，确定地震波传播方向和地震动输入方向，判断结构各约束点的起振时间。
(3)对于隔震层支座和阻尼器，采用线性连接单元或非线性连接单元模拟。
(4)对于多点输入地震反应分析，可采用强制边界条件法与大质量法。对于有大底盘的结构，大底盘对于支座位置不同步的输入具有整体协调作用，此时采用大质量法进行计算；对于多点支承之间没有相互联系的结构体系，强制边界条件法和大质量法均可以采用。
(5)针对采用多点输入后的结构扭转效应，要求结构边部、角部的隔震层支座矢量水平变形(水平双向位移合成)不得超出限值要求。对于铅芯橡胶隔震支座和叠层橡胶隔震支座，变形不超过0.55d和3倍的橡胶层厚度较小值的要求，地震下短期面压控制在30mpa，拉应力不超过1mpa；对于弹性滑板支座，水平变形不超出支座设计位移限值，弹性滑板支座滑移时的橡胶支座部设计水平剪应变不宜大于50％，大震下滑板支座短期面压应不超过50mpa。
(6)计算隔震层上部结构边部、角部柱子的内力，并与一致输入下的内力比较，得到内力放大系数，用于隔震层上部结构设计；
(7)对多点输入与一致输入情况下的基底总剪力进行比较，判定结构在采用多点输入地震反应分析后，由于各约束点输入的不同步性所造成的平动反应减小的程度。
(8)对于隔震层周边、角部的阻尼器出力和位移进行验算，要求不超出所选阻尼器型号的参数限值要求。
本实施例中，优选地，由于结构平面尺度较大，温度变形影响不可忽视，需对隔震层进行温度荷载下的验算。
具体步骤：
(1)建立包括隔震层、隔震层上部结构、下部结构的分析模型，其中叠层橡胶隔震支座的水平刚度采用弹性刚度；铅芯橡胶隔震支座根据迭代计算确定，如支座温度下变形没有超过支座屈服位移，则采用屈服前刚度，如超过支座屈服位移，则采用等效刚度；对于弹性滑板支座采用等效刚度。
(2)对于上部钢结构、混凝土结构采用不同的温度荷载取值；根据建筑物所在地区月平均气温，在确定结构合拢温度后，考虑太阳辐射、围护结构保温、冬季采暖和夏季空调等情况，确定钢结构和混凝土结构的升温和降温荷载。
(3)对隔震结构进行温度作用下的受力分析，对于隔震层支座计算在温度工况下的水平变形。要求支座在温度工况下的变形，叠加罕遇地震下的支座变形，总变形值不得超出限值，对于铅芯橡胶隔震支座和叠层橡胶隔震支座，变形不超过0.55d和3倍的橡胶层厚度要求；对于弹性滑板支座，水平变形不超出支座设计限值。
(4)对于隔震层上部混凝土板，要求温度工况下的混凝土应力和钢筋应力不超出设计限值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
1.一种适用于大跨度结构的基础组合隔震布置结构，其特征在于，包括：若干个分区域设置的不同类型的隔震支座；所述隔震支座包括：铅芯橡胶隔震支座、叠层橡胶隔震支座和速度型阻尼器；
所述铅芯橡胶隔震支座布置于隔震层的外围区域；
所述叠层橡胶隔震支座布置于隔震层的内部区域；
所述速度型阻尼器从正交两个方向布置于隔震层的外围区域。
2.根据权利要求1所述的适用于大跨度结构的基础组合隔震布置结构，其特征在于，所述隔震支座还包括：弹性滑板支座；所述弹性滑板支座与所述叠层橡胶隔震支座布置于隔震层的内部区域。
3.根据权利要求1所述的适用于大跨度结构的基础组合隔震布置结构，其特征在于，所述速度型阻尼器包括：粘滞阻尼器或电涡流阻尼器。
4.一种适用于大跨度结构的基础组合隔震布置方法，其特征在于，包括：在隔震层的外围区域布置铅芯橡胶隔震支座；在隔震层内部区域设置叠层橡胶隔震支座或叠层橡胶隔震支座与弹性滑板支座组合；在隔震层外围正交两个方向设置速度型阻尼器，并对布置后的隔震层进行多点多维地震分析和温度荷载下隔震层分析。
5.根据权利要求4所述的适用于大跨度结构的基础组合隔震布置方法，其特征在于，对隔震层进行多点多维地震分析包括：
按结构实际情况施加约束，采用加速度方法进行一致激励时程地震反应分析，此分析得到的位移结果为结构的相对位移反应，将其作为确定大质量的目标结果，即标准参考值；
确定考虑行波效应的地震动输入时程，采用行波法，在各点的波形不变情况下，采用常量视波速，对地震波仅考虑相位差，确定地震波传播方向和地震动输入方向，判断结构各约束点的起振时间；
对于铅芯橡胶隔震支座、叠层橡胶隔震支座、弹性滑板支座和速度型阻尼器，采用线性连接单元或非线性连接单元模拟；
对于多点输入地震反应分析，采用强制边界条件法与大质量法；
针对采用多点输入后的结构扭转效应，要求结构边部、角部的隔震支座矢量水平变形不得超出限值要求，其中，对于铅芯橡胶隔震支座和叠层橡胶隔震支座，变形应符合不超过0.55倍和3倍的橡胶层厚度之间较小值的要求，地震下短期面压控制在30mpa，拉应力不超过1mpa；对于弹性滑板支座，水平变形不超出支座设计位移限值，弹性滑板支座滑移时的橡胶支座部设计水平剪应变不大于50％，大震下滑板支座短期面压应不超过50mpa；
计算隔震层上部结构边部、角部柱子的内力，并与一致输入下的内力比较，得到内力放大系数，用于隔震层上部结构设计；
对多点输入与一致输入情况下的基底总剪力进行比较，判定结构在采用多点输入地震反应分析后，由于各约束点输入的不同步性所造成的平动反应减小的程度；
对于隔震层周边、角部的速度阻尼器出力和位移进行验算，要求不超出所选速度阻尼器型号的参数限值要求。
6.根据权利要求4所述的适用于大跨度结构的基础组合隔震布置方法，其特征在于，对隔震层进行温度荷载下隔震层分析包括：
建立包括隔震层、隔震层上部结构、下部结构的分析模型，其中叠层橡胶隔震支座的水平刚度采用弹性刚度；铅芯橡胶隔震支座的刚度根据迭代计算确定，如支座温度下变形没有超过支座屈服位移，则采用屈服前刚度，如超过支座屈服位移，则采用等效刚度；对于弹性滑板支座采用等效刚度；
对于上部钢结构、混凝土结构采用不同的温度荷载取值；根据建筑物所在地区月平均气温，在确定结构合拢温度后，考虑太阳辐射、围护结构保温、冬季采暖和夏季空调情况，确定钢结构和混凝土结构的升温和降温荷载；
对隔震结构进行温度作用下的受力分析，对于隔震支座计算在温度工况下的水平变形，要求支座在温度工况下的变形，叠加罕遇地震下的支座变形，总变形值不得超出限值，对于铅芯橡胶隔震支座和叠层橡胶隔震支座，变形应符合不超过0.55倍和3倍的橡胶层厚度之间较小值的要求；对于弹性滑板支座，水平变形不超出支座设计限值；
对于隔震层上部混凝土板，要求温度工况下的混凝土应力和钢筋应力不超出设计限值。
技术总结