減隔震設(shè)計(jì)思考：隔震篇

【寫在前文】

隨著隔標(biāo)頒布，國內(nèi)外大大小小的地震的經(jīng)歷。越來越多的人重視減隔震分析和設(shè)計(jì)，也聽到不少的疑惑聲音，個(gè)人也有一點(diǎn)熱點(diǎn)問題的感悟與大家分享。

在個(gè)人看來：建筑減隔震：七分構(gòu)造三分算！

特別注意：本文只代表個(gè)人觀點(diǎn)，非官方觀點(diǎn)。還需嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范！

【正文】

• 關(guān)于復(fù)振型應(yīng)用問題

關(guān)于這個(gè)問題，看似已經(jīng)是老生常談了。有人會告訴你：用復(fù)振型分析跑一下，然后如果拉應(yīng)力超了，采用時(shí)程分析方法進(jìn)行復(fù)核。這個(gè)做法看似很完美，沒啥毛病，但是實(shí)則對于常規(guī)的隔震結(jié)構(gòu)卻非常多余。

• 比如一座非常常規(guī)的多層建筑做隔震也需要做個(gè)大震的性能分析嗎？

我認(rèn)為是不需要！只需要做中震反應(yīng)譜法即可，這里需要補(bǔ)充的是：

如果是位移型的減隔震元件，建議采用迭代的反應(yīng)譜分析方法；(迭代可以近似解決剛度非線性問題)

如果是速度型的減隔震元件，建議采用復(fù)振型反應(yīng)譜分析方法；(復(fù)振型可以近似解決非對稱阻尼問題)

如果是混合型（速度型+位移型），建議采用迭代的復(fù)振型反應(yīng)譜分析方法。

(別扯精細(xì)化！沒上面這個(gè)計(jì)算，哪來配筋給“精細(xì)化”后驗(yàn)分析~)

圖 隔震基本原理

• 那抗拉的結(jié)果超限怎么辦？

采用線性系統(tǒng)計(jì)算得到支座受拉或提離是無效的，大量的試驗(yàn)和分析都可以表明，在正常滿足要求的設(shè)計(jì)下，在高寬比較小的時(shí)候，支座是不受拉或者提離的。并且實(shí)際上當(dāng)橡膠支座受拉超過1 MPa 時(shí)，其豎向受拉變形的位移比較的大，或者是摩擦擺需要嚴(yán)重提離傾覆，（這時(shí)搖擺角要大上天！怎么可能?。┻@在高寬比比較小的建筑是不可能發(fā)生的，并且體量越大越不容易發(fā)生。

所以別扯數(shù)值計(jì)算上受拉，我們又不是要保護(hù)數(shù)值空間的建筑，我們要保護(hù)的是建成的實(shí)體建筑！過分假定早就讓數(shù)值計(jì)算在部分指標(biāo)上沒有任何參考意義，工程師還是需要有結(jié)構(gòu)概念，甚至是常識。更不需要提所謂的抗拉裝置了，大部分抗拉裝置是畫蛇添足，而且大部分抗拉裝置的實(shí)際用途只會影響水平隔震的效果。

目前已經(jīng)有太多研究隔震提離搖擺的內(nèi)容了，因此建議對于常規(guī)隔震結(jié)構(gòu)（體型規(guī)整，高寬比比較小，比如高寬比≤3），直接取消驗(yàn)算隔震支座抗拉！因?yàn)檫@已經(jīng)是既定結(jié)果，何必再辛苦跑個(gè)假時(shí)程分析自我安慰？

還有人建議，如果遇到非常規(guī)隔震結(jié)構(gòu)支座受拉超限，直接增大支座直徑，這點(diǎn)建議有點(diǎn)拆東墻補(bǔ)西墻的意思！增大支座直徑，相應(yīng)水平隔震效果更差，同時(shí)地震力更大，這怕是個(gè)追及問題，到底支座直徑大得快，還是拉力大得快。雖然大部分情況，都是支座直徑大得快！但我們的初衷不是要做柔隔震層嗎？！不是要做隔震嗎？還給做剛回去了！建議可先試試水平做柔，疏導(dǎo)地震力~水平做柔了，自然拉力就小了，做柔方式很多，比如選擇同直徑下小一點(diǎn)的橡膠剪切模量的支座等方式，又或者選擇提離釋放，但不到萬不得已，不建議犧牲水平效果來保豎向受拉。

圖 支座示意

• 那怎么知道這個(gè)結(jié)構(gòu)的性能？

首先不要將常規(guī)的隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)妖魔化或神圣化。以下討論結(jié)構(gòu)性能僅是結(jié)構(gòu)構(gòu)件在數(shù)值計(jì)算方面的內(nèi)容，不含非結(jié)構(gòu)構(gòu)件！

比如：讓你設(shè)計(jì)一個(gè)5層的常規(guī)框架抗震設(shè)計(jì)，是不是直接反應(yīng)譜計(jì)算，配筋出圖了，你會去校驗(yàn)這個(gè)建筑在罕遇地震下的性能嗎？(當(dāng)然，專家們也鼓勵(lì)去做~)，我們通過小震+構(gòu)造，隱性的認(rèn)為可以達(dá)到罕遇地震下的性能?。?span style="font-synthesis:style;font-weight:600;">但可惜實(shí)際上不一定達(dá)到！）

那同理，對于常規(guī)的隔震結(jié)構(gòu)，搞個(gè)5層常規(guī)的隔震結(jié)構(gòu)，以當(dāng)下的研究和工程經(jīng)驗(yàn)，完全可以滿足直接合理的反應(yīng)譜計(jì)算，配筋出圖。隔震結(jié)構(gòu)依然可以通過中震+構(gòu)造，并認(rèn)為可以達(dá)到罕遇地震下的性能！這一點(diǎn)和抗震不一樣，畢竟，隔震結(jié)構(gòu)對于地震烈度越大，隔震效果越突出，只要中震設(shè)計(jì)滿足《隔標(biāo)》的要求是一定能達(dá)到的！

對于常規(guī)的隔震結(jié)構(gòu)，在計(jì)算層面上滿足《隔標(biāo)》中震設(shè)計(jì)的條件下，在罕遇地震下應(yīng)大部分處于無損傷或輕微損傷，能算出較嚴(yán)重?fù)p傷的一定是存在問題的，工程師需要自我甄別！

因此滿足《隔標(biāo)》中震設(shè)計(jì)的常規(guī)隔震結(jié)構(gòu)，在罕遇地震下性能是可以完全保障的。至于極罕遇地震，目前《隔標(biāo)》未給出常用隔震支座的極罕遇下的力學(xué)性能，用雙線性模型來分析極罕遇地震無任何意義，會嚴(yán)重高估結(jié)構(gòu)性能，未能達(dá)到評估作用，也不能說明建筑在極罕遇地震下的損傷或破壞趨勢。

圖 損傷對比圖

• 對于常規(guī)隔震結(jié)構(gòu)，除了上部結(jié)構(gòu)的指標(biāo)外，隔震層關(guān)心的應(yīng)該是：

注意：此處是常規(guī)結(jié)構(gòu)，即高寬比比較小，結(jié)構(gòu)規(guī)整。

• 隔震層剛度需要適配（就是足夠剛），保證隔震層能協(xié)同工作?。ㄟ@足以保證支座不受拉不提離）

• 支座面壓的控制和剪力系數(shù)的保證！（這點(diǎn)是中震設(shè)計(jì)來保證大震性能的根本）

• 產(chǎn)品性能可靠性、穩(wěn)定性的保障！（包括隔震層的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如柔性管道之類）

• 多增設(shè)配筋/增大截面在關(guān)鍵構(gòu)件上。（不需要大震彈性/不屈服來包絡(luò)，直接提高中震時(shí)安全儲備更直接）

• 構(gòu)造配套要跟上，使得整個(gè)隔震建筑在地震運(yùn)動時(shí)并不受到阻礙，特別是盡可能做好、做大隔震溝！

• 總而言之，七分構(gòu)造三分算！

特別注意，若是復(fù)雜結(jié)構(gòu)或者非常規(guī)隔震結(jié)構(gòu)，我認(rèn)為還是需要全面的詳細(xì)分析。而不是什么隔震結(jié)構(gòu)一來就都整個(gè)全方位的性能分析，至于判定復(fù)雜/非常規(guī)隔震結(jié)構(gòu)希望規(guī)范組能給出規(guī)定或示例。

• 關(guān)于隔震精細(xì)化分析

目前隔震精細(xì)化分析考驗(yàn)的是算力，都明白精細(xì)化分析可更細(xì)致分析任何結(jié)構(gòu)結(jié)果。

精細(xì)化分析是否是吃力不討好是關(guān)鍵點(diǎn)，精細(xì)化分析需要拿掉更多假定，甚至假定僅存在細(xì)觀或材料層面。

目前精細(xì)化分析中結(jié)構(gòu)構(gòu)件層面有些許假定存在假定過度，如填充墻。使得數(shù)值空間和實(shí)際空間完全是兩回事。工程師精細(xì)化的目的是利用模擬反演實(shí)際情況。依據(jù)目前的算力而言，對于工程應(yīng)用的精細(xì)化分析無疑是無法達(dá)到精準(zhǔn)預(yù)測的。因此，目前工程級的“隔震精細(xì)化”意義不大，既反應(yīng)不了實(shí)際情況，也浪費(fèi)大量計(jì)算資源。

我認(rèn)為需要兩步走：

學(xué)界應(yīng)努力研究完整精細(xì)化模擬分析的方式方法，以解析工程結(jié)構(gòu)機(jī)理。

業(yè)界應(yīng)努力發(fā)展更為有效簡化便捷統(tǒng)一的計(jì)算方法，比如：復(fù)振型反應(yīng)譜法、迭代反應(yīng)譜法，這些都是非常好的工具！

而不是一股腦的無腦，一來就彈塑性非線性精細(xì)化！在量子計(jì)算未普及前，普及“真”精細(xì)化，真心精細(xì)化不了！目前的所謂的平民化的“精細(xì)化”就是吃力不討好還不知道對不對得上真實(shí)情況的玩意兒。

更重要的應(yīng)該是通過分析結(jié)果來評估結(jié)構(gòu)和指導(dǎo)設(shè)計(jì)，數(shù)值空間上數(shù)據(jù)具體的大小沒有特別大的意義！

當(dāng)然了，說了這么多，大家還是按規(guī)范辦事。我的建議是可以出一些更詳細(xì)的強(qiáng)制性構(gòu)造措施，且對構(gòu)造的要求更加苛刻來滿足隔震需求，遠(yuǎn)勝過更“所謂的精細(xì)化”來的更有效直接。

還是那句話，總而言之，隔震結(jié)構(gòu)七分構(gòu)造三分算！

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