隔震結(jié)構(gòu)及減震結(jié)構(gòu)及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震設計完全版

隔震構(gòu)造與減震構(gòu)造與傳統(tǒng)構(gòu)造抗震設計隔震案例減震案例隔震構(gòu)造與減震構(gòu)造特點及與傳統(tǒng)構(gòu)造抗震設計區(qū)分第1頁隔震構(gòu)造案例

第2頁10.6隔震構(gòu)造工程設計實例10.6.1工程概況某中學教學樓，地上5層，每層高度皆為3.6m，總高18m，隔震支座設置于基礎頂部。上部構(gòu)造為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架構(gòu)造，樓蓋為一般梁板體系，基礎采取肋梁式筏板基礎。丙類建筑，設防烈度8度，設計基本加速度0.15g，場地類別Ⅱ類，地震分組第一組，不考慮近場影響。根據(jù)現(xiàn)行《中小學建筑設計規(guī)范》、《混凝土構(gòu)造設計規(guī)范》、《建筑構(gòu)造荷載規(guī)范》、《建筑抗震設計規(guī)范》有關(guān)要求對上部構(gòu)造進行設計，其構(gòu)造柱網(wǎng)布置如圖10.9所示，各層重量及側(cè)移剛度如表10.3所示。第3頁圖10.9框架平面柱網(wǎng)布置圖表10.3上部構(gòu)造重量及側(cè)移剛度層號重力荷載代表值(KN)側(cè)移剛度（KN/mm）16095.7867826095.7859736095.7859745897.8659755600.45597第4頁10.6.2初步設計1.是否采取隔震方案(1)不隔震時，該建筑物基本周期為0.45s，不大于1.0s。(2)該建筑物總高度為18m，層數(shù)5層，符合《建筑抗震設計規(guī)范》有關(guān)要求。(3)建筑場地為Ⅱ類場地，無液化。(4)風荷載和其他非地震作用水平荷載未超出構(gòu)造總重力10%。以上幾條均滿足規(guī)范中有關(guān)建筑物采取隔震方案要求。2.確定隔震層位置 隔震層設在基礎頂部，橡膠隔震支座設置在受力較大位置，其規(guī)格、數(shù)量和分布根據(jù)豎向承載力、側(cè)向剛度和阻尼要求通過計算確定。隔震層在罕遇地震下應保持穩(wěn)定，不宜出現(xiàn)不可恢復變形。隔震層橡膠支座在罕遇地震作用下，不宜出現(xiàn)拉應力。3.隔震層上部重力設計上部總重力為如表10.3所示。10.6.3隔震支座選型和布置確定目標水平向減震系數(shù)為0.50，進行上部構(gòu)造設計，并計算出每個支座上軸向力。根據(jù)抗震規(guī)范對應要求，丙類建筑隔震支座平均應力限制不應大于15MPa，由此確定每個支座直徑（隔震裝置平面布置圖如圖10.10所示，即各柱底部分別安頓橡膠支座）。圖10.10隔震支座布置圖第5頁1.確定軸向力豎向地震作用柱底軸力設計值中柱柱底軸力邊柱柱底軸力2.確定隔震支座類型及數(shù)目中柱支座：GZY400型，豎向承載力1884KN，共22個。邊柱支座：GZY400型，豎向承載力1884KN，共22個。其支座型號及參數(shù)如表10.4。10.6.4水平向減震系數(shù)計算多遇地震時，采取隔震支座剪切變形為50%水平剛度和等效粘滯阻尼比。由式(10.2)由式(10.3)

。第6頁由式(10.1)

。

由式(10.6)

即水平向減震系數(shù)滿足預期效果。10.6.5上部構(gòu)造計算1.水平地震作用標準值非隔震構(gòu)造水平地震影響系數(shù)

由式(10.8)

第7頁計算層間剪力標準值,其成果見表10.5。表10.5上部構(gòu)造層間剪力標準值層數(shù)/kN/kN/kN/kN55600.4529785.652023.40380.45380.4545897.86400.65781.1036095.78414.101195.2026095.78414.101609.3016095.78414.102023.403.上部構(gòu)造層間位移角表10.6上部構(gòu)造層間位移角層數(shù)/KN側(cè)移剛度（KN/mm）層間位移(mm)層高(mm)層間位移角限值5380.455970.6436001/56501/5504781.105971.3136001/275231195.205972.0036001/179921609.305972.7036001/133612023.405973.0036001/1207由表10.6可知，上部構(gòu)造滿足抗震設計要求。第8頁10.6.6隔震層水平位移驗算罕遇地震時，采取隔震支座剪切變形大于250%時剪切剛度和等效粘滯阻尼比。1.計算隔震層偏心距本構(gòu)造和隔震裝置對稱布置，偏心距=0。2.隔震層質(zhì)心處水平位移計算根據(jù)場地條件，特性周期為。由式(10.2)

由式(10.3)

由式(10.1)

第9頁設防烈度8度(0.15g)罕遇地震下。由式(10.12)

3.水平位移驗算（驗算最不利支座）本工程隔震層無偏心，對邊支座。由式(10.11)

驗算支座GZY400故支座變形滿足要求。10.6.7隔震層下部計算各隔震支座剪力按水平剛度分派。隔震層在罕遇地震作用下水平剪力計算為,隔震層總剛度為53504KN/m。每個GZY400隔震支座受到水平剪力為218.22KN。第10頁10.6.8隔震構(gòu)造時程分析驗算1．分析模型圖10.11隔震構(gòu)造時程分析模型2．輸入地震波本工程8度(0.15g)設防，時程分析所用地震加速度時程曲線最大值取為：多遇地震1.10罕遇地震5.10輸入地震波如表10.7：表10.7時程分析地震波參數(shù)最大加速度地震波相位特性時間間隔(s)時長(s)峰值時刻(s)ARTELCENTROELCENTRO1940NS0.0182419.02.22ARTHACHINOHEHACHINOHE1969EW0.01163.84392.6217.3ARTKOBEJMAKOBE1995NS0.01163.83945.56第11頁3．時程分析成果采取時程分析程序進行構(gòu)造在多遇地震下構(gòu)造隔震與非隔震時程分析，以及在罕遇地震下隔震構(gòu)造位移反應時程分析。多遇地震下時程分析計算成果如表10.8：表10.8多遇地震時程分析主要計算成果層間剪力加速度速度位移項目波形非隔震構(gòu)造隔震構(gòu)造1層2層3層4層5層隔震層1層2層3層4層5層EL333430362912221912171403.21191.7998.1805.1568.8290.1HA458341733345239712681834.61471.81153.2902.6621.0321.5KO443637202835230613241775.61587.21385.91138.5808.3414.2EL1.211.872.132.412.581.121.101.131.211.271.31HA1.131.721.971.992.421.411.521.571.561.531.50KO1.342.152.462.272.231.311.381.451.531.551.60EL0.060.100.140.180.200.120.130.140.150.160.16HA0.060.120.170.200.220.150.160.190.200.220.23KO0.060.130.170.200.230.140.160.170.180.190.20EL4.929.8513.6917.2319.1323.7826.5229.0831.0232.3032.92HA6.7613.7519.2422.9824.8131.0934.4837.4439.5140.7841.36KO6.5412.7717.1219.8021.3030.0933.6937.2340.0942.1043.15注：加速度時程曲線最大值。第12頁通過構(gòu)造隔震與非隔震兩種情況下各層最大層間剪力分析對比確定隔震構(gòu)造水平向減震系數(shù)，計算成果見表10.9：表10.9水平向減震系數(shù)計算隔震剪力非隔震剪力層次波形剪力比值平均值最大值5EL290.11217.00.2380.2680.345HA321.51268.00.254KO414.21324.00.3134EL568.82219.00.2560.289HA621.02397.00.259KO808.32306.00.3503EL805.12912.00.2760.316HA902.63345.00.270KO1138.52835.00.4022EL998.13036.00.3290.323HA1153.24173.00.276KO1385.93720.00.3731EL1191.73334.00.3570.345HA1471.84583.00.321KO1587.24436.00.358第13頁由表10.8可知，構(gòu)造在隔震與非隔震兩種情況下各層最大層間剪力比值為0.345。因本工程水平向減震系數(shù)設計為0.5。按本章節(jié)表10.2要求，水平向減震系數(shù)為0.5時，層間剪力最大比值為0.35。而表10.8中，其值0.345未超出層間剪力比限值，因而以為該隔震構(gòu)造滿足水平向減震系數(shù)要求。隔震后上部構(gòu)造層間角位移見下表10.10：表10.10隔震后上部構(gòu)造層間位移角層次波形層間位移(mm)層高(mm)層間角位移限值5EL32.9236001/58071/550HA41.3636001/6207KO43.1536001/34294EL32.3036001/2813HA40.7836001/2835KO42.1036001/17923EL31.0236001/1856HA39.5136001/1740KO40.0936001/12592EL29.0836001/1407HA37.4436001/1217KO37.2336001/10171EL26.5236001/1314HA34.4836001/1062KO33.6936001/1000第14頁罕遇地震下隔震構(gòu)造層間位移計算成果見表10.11：表10.11罕遇地震下最大水平位移（單位：）輸入波形隔震層1層2層3層4層5層ARTELCENTRO192205217225231234ARTHACHINOHRTKOBE204218230239245248平均190203215223229231注：加速度時程曲線最大值。由表10.11中數(shù)據(jù)可知隔震層在罕遇地震作用下最大水平位移為，滿足最大位移限值要求。鋼筋混凝土框架構(gòu)造在罕遇地震作用下層間位移角限值為1/50，而本工程采取隔震構(gòu)造，彈塑性位移角限值取要求值1/2，即1/100。由表1.11計算可知本工程最大位層間移為，位移角為12/3600=1/300，滿足要求。各地震波時程分析得到層間最大位移圖如下：圖10.12為ARTELCENTRO波時程分析位移最大值。圖10.13為ARTHACHINOHE波時程分析位移最大值。圖10.14為ARTKOBE波時程分析位移最大值。第15頁隔震構(gòu)造在地震作用下隔震層產(chǎn)生較大位移，同步消耗地震能量，極大減少了輸入上部構(gòu)造能量。上部構(gòu)造變形很小，基本保持彈性而不發(fā)生嚴重破壞，構(gòu)造設計合理。第16頁減震構(gòu)造案例第17頁粘滯阻尼器減震構(gòu)造設計辦法及計算實例1粘滯流體阻尼器減震構(gòu)造優(yōu)化設計辦法1.1設計流程消能減震構(gòu)造主要是通過設置多種消能減震裝置186以控制構(gòu)造在不一樣烈度地震作用下預期變形，從而達成不一樣等級抗震設防目標，其詳細設計內(nèi)容主要包括確定阻尼器參數(shù)和數(shù)量以及阻尼器優(yōu)化安裝位置兩方面內(nèi)容。我國抗震規(guī)范[1]中雖然增加了消能減震內(nèi)容，但并沒有給出詳細設計辦法。因此，本文以安裝粘滯流體阻尼器高層構(gòu)造為研究對象，給出了一種優(yōu)化設計辦法，該辦法預先設定消能構(gòu)造位移角限值，進而由附加阻尼比求出所需阻尼器數(shù)量及參數(shù)，并以層間位移角為優(yōu)化目標，采取“逐層搜索”辦法確定其安裝位置，最后達成預先設定層間位移角減震目標，該辦法主要針對給定地震波作用下彈性構(gòu)造進行，詳細設計流程如圖1所示，對于其中幾個關(guān)鍵步驟將在下文中展開討論。第18頁1.2附加阻尼比確實定消能減震構(gòu)造設計中，往往需要預先指定消能構(gòu)造所需達成位移減震目標，并求出所需附加阻尼比，最直接求解辦法是通過不一樣阻尼比位移反應譜曲線進行插值。但在沒有可用位移反應譜情況下，需要尋找其他辦法進行替代。本文處理辦法是：首先做出構(gòu)造等效單自由度體系附加阻尼比ξa和位移減震率μd曲線，再由預先指定構(gòu)造位移減震率從曲線上直接查出所需附加阻尼比ξa。單自由度構(gòu)造位移減震率μd定義為：式中：u0,max為無附加阻尼單自由度構(gòu)造位移最大值；uc,max為附加阻尼比ξa后單自由度構(gòu)造位移最大值。而對于實際構(gòu)造位移減震率μd能夠根據(jù)需要定義為構(gòu)造層間位移角減小率或構(gòu)造頂點位移減小率。同步定義構(gòu)造底部地震剪力減震率：第19頁式中：S0,max為無附加阻尼單自由度構(gòu)造底部地震剪力最大值；Sc,max為附加阻尼比ξa后單自由度構(gòu)造底部地震剪力最大值。單自由度構(gòu)造ξa-μd曲線和ξa-μf曲線可通過數(shù)值辦法求解Maxwell模型平衡及協(xié)調(diào)方程得到[2]。本文在計算中發(fā)覺，單自由度構(gòu)造ξa-μd曲線和ξa-μf曲線主要受構(gòu)造自振周期T、構(gòu)造本身阻尼比ξs和地震波類型影響，與地震波峰值等原因無關(guān)。為滿足下文中消能減震構(gòu)造優(yōu)化設計需要，圖2給出了一幢方鋼管混凝土框架高層[3]等效單自由度構(gòu)造ξa-μd曲線和ξa-μf曲線，曲線所對應參數(shù)為：自振周期T=4s，構(gòu)造本身阻尼比ξs=0.035，地震波為SHW2波，單自由度構(gòu)造質(zhì)量取實際構(gòu)造總質(zhì)量。圖中同步給出了該實際構(gòu)造計算曲線，其中實際構(gòu)造位移減震率μd取層間位移角最大值減震率。從圖中能夠看出，ξa-μd曲線吻合較好，而ξa-μf曲線雖然差異較大，但變化趨勢相同。從圖2(b)能夠看出，單自由度構(gòu)造和實際構(gòu)造在附加阻尼比ξa大于0.2后，底部地震剪力都不再繼續(xù)減小，甚至開始增大，而此時伴隨附加阻尼比繼續(xù)增大，圖2(a)中位移減震率仍在大幅度減小，說明構(gòu)造構(gòu)件層間剪力也在不停減小，此時，由層間地震剪力和層間構(gòu)件剪力所形成不停增大差額則要由不停增大阻尼力來彌補。由此說明，過多地設置阻尼器，并不能有效地減小地震力，甚至會使地震力增大，從而使繼續(xù)增加阻尼器主要用來抵抗增大地震力，從而造成不經(jīng)濟減震設計方案。因此，在由ξa-μd曲線確定所需位移減震率同步，還應參照ξa-μf曲線，以確保所需附加阻尼比不會造成地震力增大，由圖2(b)可知，對于此構(gòu)造當附加阻尼比ξa>0.2時，地震力不再減小，減震效率開始減少。第20頁詳細設計時，根據(jù)場地條件，選定分析所用地震波，對無阻尼器原型構(gòu)造進行時程分析，求得最大層間位移角θ0。確定減震構(gòu)造所需滿足最大層間位由附加阻尼比確定阻尼器參數(shù)及數(shù)量檢查其他地震波作用下減震效果逐層搜索法優(yōu)化設置阻尼器安裝位置設定減震構(gòu)造位移減震率目標并求出所需附加阻尼比選定計算所用地震波圖1本文提議消能減震構(gòu)造設計流程圖187移角限值θd，計算所需位移減震率μd=(θ0-θd)/θ0，根據(jù)前述構(gòu)造等效單自由度體系位移減震率-附加阻尼比曲線（μd-ξa曲線）并參照底部地震剪力減震率-附加阻尼比曲線（μf-ξa曲線）確定所需附加阻尼比ξa。上述過程也能夠通過對無阻尼器原構(gòu)造進行不一樣阻尼比下反復試算，以確定達成指定層間位移角時，所需附加阻尼比ξa。1.3阻尼器參數(shù)及數(shù)量確實定抗震規(guī)范[1]中給出了計算消能部件附加有效阻尼比ξa公式：式中：Ws為消能構(gòu)造在預期位移下總應變能；Wc是所有消能部件在構(gòu)造預期位移下往復一周所消耗能量，對于非線性粘滯阻尼器，Wc計算公式如下所示式中：n為阻尼器數(shù)量；Cj、αj為第j個阻尼器阻尼系數(shù)和速度指數(shù)；Δuj為第j個阻尼器兩端相對水平位移；θj為第j個阻尼器消能方向與水平面夾角。阻尼器一般安裝在構(gòu)造層間位移角較大樓層，其兩端相對速度最大值能夠根據(jù)層間變形最大樓層層間相對速度以及阻尼器安裝角度θj求得，然后根據(jù)阻尼器阻尼力計算公式以及限定阻尼器阻尼力最大值確定阻尼器計算參數(shù)Cj和αj。這里能夠根據(jù)需要將阻尼器提成幾組不一樣類型，分別設定不一樣阻尼力最大值，并計算對應阻尼器參數(shù)。在得到阻尼器參數(shù)后，將其帶入式(3)和式(4)就能夠確定所需要阻尼器數(shù)量n。第21頁1.4阻尼器安裝位置優(yōu)化本文所采取阻尼器位置優(yōu)化設置辦法，類似于文[4]所提出連續(xù)搜索辦法，基本辦法是：先對無阻尼器構(gòu)造進行時程分析，確定層間位移角最大樓層，將阻尼器安裝在此樓層處，安裝數(shù)量根據(jù)詳細情況而定，然后再對安裝了阻尼器構(gòu)造進行分析，再將阻尼器安裝到此時層間位移角最大樓層，如此循環(huán)直到將所有阻尼器安裝完成。而在安裝過程中，需要注意是某一層阻尼器數(shù)量不能太多，其水平控制力總和不要大于該層地震力50％太多[2]（如前所述，過大阻尼力百分比會引發(fā)加速度反應增大），當某一層所需阻尼器過多時，能夠?qū)⑵浒惭b到下面幾層中層間位移較大樓層，計算成果證明阻尼器對其上部臨近幾層減震效果要好于下部幾層。通過這種辦法確定阻尼器安裝位置不但對所采取地震波效果較好，對于其他地震波也能起到較好減震效果。2設計實例及效果分析本節(jié)以一幢方鋼管混凝土框架高層為研究對象[3]（該構(gòu)造地上21層，高約100m），著重比較了三種減震設計方案減震效果，其中兩種方案采取本文所建議優(yōu)化設計辦法設計，但預先設定了不一樣位移減震目標，另外一種方案阻尼器為均勻布置。2.1阻尼器減震設計方案本節(jié)針對7度多遇地震作用下構(gòu)造進行減震優(yōu)化設計，計算程序采取SAP2023，計算辦法采取非線性振型分解時程分析法(FNA)，所采取三種減震方案如下：方案1：目標位移減震率定為20％，由圖2(a)得，所需附加阻尼比ξa=0.08，采取本文提議辦法進行減震設計；方案2：目標位移減震率定為30％，由圖2(a)得，所需附加阻尼比ξa=0.15，采取本文提議辦法進行減震設計；方案3：采取阻尼器均勻布置方案。第22頁各方案最后設計成果列于表1，其中阻尼器D3參數(shù)為：阻尼系數(shù)300kN/(mm/s)α，速度指數(shù)0.15，阻尼器出力控制在500kN左右；D6參數(shù)為：阻尼系數(shù)600kN/(mm/s)α，速度指數(shù)0.15，阻尼器出力控制在1000kN左右。阻尼器均沿對角斜向布置。第23頁2.2小震下阻尼器減震效果分析表2，圖3為7度多遇SHW2波作用下各減震方案減震效果匯總。從中能夠看到，方案1和方案2在設計所用地震波作用下，構(gòu)造兩個主方向?qū)娱g位移角峰值基本都達成了預先設定減震目標，并且設計過程中，阻尼器數(shù)量和參數(shù)均由本文設計方法一次確定，在阻尼器位置優(yōu)化設計過程中沒有進行任何增減。方案3層間位移角峰值減震效果并不抱負，其阻尼器配備總數(shù)多于方案1，但層間位移角峰值減震率只有方案1二分之一。而對于構(gòu)造底層地震剪力，方案1和方案2稍有增大或減小，方案3雖有減小但減小不多。第24頁表3為7度多遇Pasadena波和ElCentro波作用下各減震方案減震效果匯總。從中能夠看出，主要針對SHW2波進行優(yōu)化設計方案1和方案2，對于Pasadena波作用下構(gòu)造仍具有較好減震效果，而對于頻譜特性和SHW2波相差較大ElCentro波，其層間位移角減震率則偏離預定目標較多。方案3對于Pasadena波減震效果較好，主要原因是Pasadena波作用下層間位移角峰值出目前構(gòu)造中上部，對于阻尼器均勻布置方案3，此處阻尼器發(fā)揮了較大作用，而對于ElCentro波，方案3減震效果同樣較小。值得注意是，三種方案對于Pasadena波和ElCentro波作用下構(gòu)造底層地震剪力峰值消減都有較好效果，這與SHW2波作用下有所不一樣。第25頁圖4則給出了7度多遇SHW2波作用下，采取不同減震方案減震構(gòu)造和無控構(gòu)造層間地震剪力包絡曲線對比。從中能夠看出，各方案減震構(gòu)造層間地震剪力基本都不大于無控構(gòu)造，但差異不大，說明粘滯阻尼器對構(gòu)造剛度基本無影響，從而不會增大構(gòu)造地震力。第26頁2.3大震下阻尼器減震效果分析由前述分析對比可知，小震下方案2減震效果最佳，因此，本節(jié)著重對無控構(gòu)造和方案2減震結(jié)構(gòu)進行7度罕遇地震下彈塑性時程計算，以對比分析阻尼器在大震下消能減震效果，計算程序采取CANNY[5]，梁、柱構(gòu)件采取MS模型[2,3]。表4給出了7度罕遇SHW2波和Pasadena波作用189下方案2減震構(gòu)造主要地震反應減震效果。從中可以看出，罕遇地震作用下，阻尼器減震效果要比前述多遇地震作用下小得多，主要原因是減震方案2中采取了速度指數(shù)很小非線性阻尼器，其阻尼力在大震下伴隨速度增大并沒有顯著增加，因此其耗能主要隨位移一次方增加，而地震輸入能量卻伴隨位移平方急劇增加，因此大震下阻尼器耗能百分比大大下降，其有效附加阻尼比也遠低于小震下設定值，從而造成其減震效果減少。第27頁圖5給出了7度罕遇SHW2波作用下構(gòu)造層間位移角包絡曲線。從中可用看出，阻尼器對于構(gòu)造層間位移角減小仍有一定作用，但由于其水平控制力百分比不足，小震下構(gòu)造中下部削平包絡曲線此時又向外凸出。為此，一種處理辦法是在前述減震設計中采取線性粘滯阻尼器，以使大震下減震效果同小震相近，但線性阻尼器出力隨速度線性增加，大震下很容易超出其本身承受范圍而發(fā)生損壞，從而失去作用。而另外一種處理辦法是，仍然采取非線性阻尼器，但以中震為目標進行減震優(yōu)化設計，或直接在罕遇地震波作用下進行減震設計，從而控制大震下減震效果達成預定目標，其詳細辦法仍可按照本文建議優(yōu)化設計辦法進行。3結(jié)論提出了一種實用減震構(gòu)造優(yōu)化設計辦法，并可以通過目前常用構(gòu)造分析程序進行操作，該辦法預先設定消能構(gòu)造位移角限值，進而由所需附加阻尼比確定阻尼器參數(shù)及數(shù)量，并以層間位移角為優(yōu)化目標，采取“逐層搜索”辦法確定其安裝位置，最后能夠達成預先設定層間位移角減震目標。利用此方法對一幢方鋼管混凝土框架高層進行了小震下減震設計，提出了兩種減震設計方案（方案1和方案2），分別對應不一樣層間位移角減震目標（20%和30%），并結(jié)合前述稍加修改阻尼器均勻布置方案（方案3）對本文構(gòu)造進行了計算分析，成果表白，在設計所用地震波作用下，方案1和方案2均達成了預先確定層間位移角減震目標，效果比均勻布置方案3提升很多。在此基礎上，對小震及大震下本文構(gòu)造消能減震效果進行了較全面分析研究，得出了某些有參考價值結(jié)論。參考文獻[1]GB50011-2023建筑抗震設計規(guī)范[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2023[2]孟春光．復雜體型方鋼管混凝土框架構(gòu)造抗震性能和減震研究[D]．同濟大學，2023．[3]呂西林,孟春光,田野.消能減震高層方鋼管混凝土框架構(gòu)造振動臺試驗研究和彈塑性時程分析[J].地震工程與工程振動,2023,26(4):231-238．[4]SOONGTT,DARGUSHGF.構(gòu)造工程中被動消能系統(tǒng)[M]//董平譯.北京:辭學出版社,2023.[5]李康寧,TETSUOKUBO,CARLOSE.VENTURA．建筑物三維分析模型及其用于構(gòu)造地震反應分析可靠性[J]．建筑構(gòu)造，2023，30(6)：14~18．第28頁隔震構(gòu)造與減震構(gòu)造特點及與傳統(tǒng)構(gòu)造抗震設計區(qū)分第29頁地震是一種突發(fā)性、嚴重危害人類生命和財產(chǎn)安全自然災害。近年來，全球范圍內(nèi)發(fā)生了數(shù)次未預測到大地震，例如前幾年汶川、海地地震，破壞力之大，震驚世界。在如此巨大地震作用之下，作為地震荷載主要載體建筑構(gòu)造發(fā)生破壞、倒塌是造成人們生命財產(chǎn)損失主要原因，因此，建立并推廣愈加安全可靠抗震構(gòu)造就顯得尤為必要了。1傳統(tǒng)抗震構(gòu)造傳統(tǒng)抗震構(gòu)造基本原理是通過增強結(jié)構(gòu)本身抗震性能（強度、剛度）來抵抗地震作用，即依靠構(gòu)造本身和承重構(gòu)件損壞來儲存、轉(zhuǎn)換和消耗地震能量[1]。在傳統(tǒng)抗震構(gòu)造中，一般采取提升構(gòu)造本身強度和剛度，即加強構(gòu)造、增大構(gòu)件截面尺寸、加多配筋，允許構(gòu)造局部損壞（硬傷）措施來抵抗地震作用，構(gòu)造抗震能力主要取決于結(jié)構(gòu)彈塑性變形能力與滯回環(huán)耗能能力，而構(gòu)造本身不具有自我調(diào)整能力，能夠說是被動悲觀抗震措施。1995年日本發(fā)生了震驚世界阪神地震，當初日本主流思想就是用所謂“硬抗”辦法來抵抗地震，即靠一味提升構(gòu)造強度而非利用構(gòu)造延性消能思想來抵抗地震作用，所設計出梁柱截面尺寸都非常大，但最后還是發(fā)生了大量房屋脆性倒塌。事實證明，此種只單純依靠提高構(gòu)造強度方式很難抵抗地震尤其是大震帶來破壞，并且，大大加大了經(jīng)濟投入，可謂得不償失。第30頁2常規(guī)延性抗震構(gòu)造我國現(xiàn)有延性抗震思想是通過控制構(gòu)件間或構(gòu)件內(nèi)不一樣受力形式間承載能力差，即一般所說“強柱弱梁、強剪弱彎、強連接弱構(gòu)件、強壓弱拉”概念，避免構(gòu)造產(chǎn)生不合理倒塌破壞機構(gòu)，增強構(gòu)造耗能能隔震、消能減震構(gòu)造與傳統(tǒng)抗震構(gòu)造比較分析力，確保構(gòu)造形成耗能能力較好破壞機構(gòu)。該設計辦法關(guān)鍵在于初步將控制概念引入到構(gòu)造抗震設計中，有目標引導構(gòu)造破壞機制和破壞模式，避免不合理破壞形態(tài)。[2]但現(xiàn)有規(guī)范只重視依靠調(diào)整梁柱等抗彎抗剪百分比系數(shù)方式來保持構(gòu)造延性消能，而在汶川地震中，發(fā)覺這樣措施并不足以能引導構(gòu)造達成預期破壞機制和破壞模式，根據(jù)常規(guī)延性抗震構(gòu)造設計建筑在地震中也出現(xiàn)了不一樣程度破壞。事實證明，此種抗震構(gòu)造與傳統(tǒng)抗震構(gòu)造相比，雖然大大提升了構(gòu)造抗震能力，但也存在結(jié)構(gòu)安全性難以確保、適用性和全面性受到限制、經(jīng)濟性欠佳以及震后修復難度大等問題。3隔震和消能減震近年來，以構(gòu)造減震控制技術(shù)為主要設計根據(jù)隔震、消能減震構(gòu)造得到了迅速發(fā)展。構(gòu)造減震控制概念能夠簡要表述為：通過對構(gòu)造附加控制技術(shù)或裝置，由控制技術(shù)或裝置與構(gòu)造共同承受振動作用，以調(diào)整和減輕構(gòu)造振動反應，使它在外界干擾下各項反應值被控制在允許范圍內(nèi)。第31頁3.1隔震構(gòu)造“隔震”即隔離地震。在建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎之間以及上部建筑層間設置隔震層能隔離地震能量向上部傳遞，減少上部結(jié)構(gòu)地震作用，達成預期防震要求，使建筑物安全得到可靠確保。隔震系統(tǒng)是在建筑物基礎與上部建筑構(gòu)造間或上部建筑層間設置隔震裝置（或系統(tǒng)）形成隔震層，把上部構(gòu)造與基礎隔離開來，同步，上部建筑構(gòu)造通過層間建筑隔震也能夠減小下部構(gòu)造振動，利用隔離裝置來隔離或耗散地震能量，以避免或減少地震能量向上部構(gòu)造傳輸，從而減輕建筑物地震反應，實現(xiàn)地震時隔震層以上主體構(gòu)造只發(fā)生微小相對運動和變形，使建筑物在地震作用下不損壞或倒塌。3.2消能減震構(gòu)造消能減震構(gòu)造是把建筑物某些非承重構(gòu)件（如支撐、剪力墻等）設計成“消能”構(gòu)件，或在建筑物某些部位（節(jié)點、連接縫或連接件）裝設阻尼器，以及在樓層空間、相鄰建筑間、主附構(gòu)造間設置消能裝置。在輕微地震作用時，這些消能構(gòu)件或消能裝置處于剛彈性狀態(tài)，構(gòu)造物具有足夠側(cè)向剛度以滿足正常使用要求；在強烈地震發(fā)生時，伴隨構(gòu)造受力和變形增大，這些消能構(gòu)件和裝置率先進入非彈性變形狀態(tài)，產(chǎn)生較大阻尼，大量消耗輸入構(gòu)造地震能量，避免主體構(gòu)造進入顯著非彈性狀態(tài)并迅速減小構(gòu)造地震反應，從而保護主體構(gòu)造在強地震中免遭損傷。第32頁4與傳統(tǒng)抗震構(gòu)造體系相比,以構(gòu)造減震控制技術(shù)為主要設計根據(jù)隔震、消能減震構(gòu)造體系優(yōu)勢（1）隔震、消能減震構(gòu)造體系更為安全。傳統(tǒng)抗震構(gòu)造體系耗能依賴于主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件彈塑性滯回耗能,允許構(gòu)造本身及構(gòu)件在地震中出現(xiàn)一定程度損壞，這將導致構(gòu)造構(gòu)件損傷破壞。同步,由于地震烈度隨機變化性和實際抗震能力計算誤差,構(gòu)造破壞位置和損壞程度難以控制，尤其是出現(xiàn)超強地震時，構(gòu)造難以確保安全。與此相比，由于隔震裝置水平剛度遠遠不大于上部構(gòu)造層間水平剛度，因此，上部構(gòu)造在地震中水平變形從傳統(tǒng)抗震構(gòu)造劇烈、由下往上不停加大“放大晃動型”變?yōu)楦粽饦?gòu)造長周期、遲緩、由下至上比較均衡“整體平動型”，從有較大層間變形變?yōu)閮H有很微小層間變形，從而確保上部