【JY】減隔震設計思考：隔震篇

建源之光 - 減隔震

2023年4月12日 19:33

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【寫在前文】

隨著隔標頒布，國內外大大小小的地震的經歷。越來越多的人重視減隔震分析和設計，也聽到不少的疑惑聲音，個人也有一點熱點問題的感悟與大家分享。

在個人看來：建筑減隔震：七分構造三分算！

特別注意：本文只代表個人觀點，非官方觀點。還需嚴格執行規范！

【正文】

關于復振型應用問題

關于這個問題，看似已經是老生常談了。有人會告訴你：用復振型分析跑一下，然后如果拉應力超了，采用時程分析方法進行復核。這個做法看似很完美，沒啥毛病，但是實則對于常規的隔震結構卻非常多余。

比如一座非常常規的多層建筑做隔震也需要做個大震的性能分析嗎？

我認為是不需要！只需要做中震反應譜法即可，這里需要補充的是：

如果是位移型的減隔震元件，建議采用迭代的反應譜分析方法；(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，建議采用復振型反應譜分析方法；(復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），建議采用迭代的復振型反應譜分析方法。

(別扯精細化！沒上面這個計算，哪來配筋給“精細化”后驗分析~)

那抗拉的結果超限怎么辦？

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

所以別扯數值計算上受拉，我們又不是要保護數值空間的建筑，我們要保護的是建成的實體建筑！過分假定早就讓數值計算在部分指標上沒有任何參考意義，工程師還是需要有結構概念，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際用途只會影響水平隔震的效果。

目前已經有太多研究隔震提離搖擺的內容了，因此建議對于常規隔震結構（體型規整，高寬比比較小，比如高寬比≤3），直接取消驗算隔震支座抗拉！因為這已經是既定結果，何必再辛苦跑個假時程分析自我安慰？

還有人建議，如果遇到非常規隔震結構支座受拉超限，直接增大支座直徑，這點建議有點拆東墻補西墻的意思！增大支座直徑，相應水平隔震效果更差，同時地震力更大，這怕是個追及問題，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。

那怎么知道這個結構的性能？

首先不要將常規的隔震結構設計妖魔化或神圣化。以下討論結構性能僅是結構構件在數值計算方面的內容，不含非結構構件！

比如：讓你設計一個5層的常規框架抗震設計，是不是直接反應譜計算，配筋出圖了，你會去校驗這個建筑在罕遇地震下的性能嗎？(當然，專家們也鼓勵去做~)，我們通過小震+構造，隱性的認為可以達到罕遇地震下的性能！（但可惜實際上不一定達到！）

那同理，對于常規的隔震結構，搞個5層常規的隔震結構，以當下的研究和工程經驗，完全可以滿足直接合理的反應譜計算，配筋出圖。隔震結構依然可以通過中震+構造，并認為可以達到罕遇地震下的性能！這一點和抗震不一樣，畢竟，隔震結構對于地震烈度越大，隔震效果越突出，只要中震設計滿足《隔標》的要求是一定能達到的！

對于常規的隔震結構，在計算層面上滿足《隔標》中震設計的條件下，在罕遇地震下應大部分處于無損傷或輕微損傷，能算出較嚴重損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》中震設計的常規隔震結構，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》未給出常用隔震支座的極罕遇下的力學性能，用雙線性模型來分析極罕遇地震無任何意義，會嚴重高估結構性能，未能達到評估作用，也不能說明建筑在極罕遇地震下的損傷或破壞趨勢。

對于常規隔震結構，除了上部結構的指標外，隔震層關心的應該是：

注意：此處是常規結構，即高寬比比較小，結構規整。

隔震層剛度需要適配（就是足夠剛），保證隔震層能協同工作！（這足以保證支座不受拉不提離）
支座面壓的控制和剪力系數的保證！（這點是中震設計來保證大震性能的根本）
產品性能可靠性、穩定性的保障！（包括隔震層的非結構構件，如柔性管道之類）
多增設配筋/增大截面在關鍵構件上。（不需要大震彈性/不屈服來包絡，直接提高中震時安全儲備更直接）
構造配套要跟上，使得整個隔震建筑在地震運動時并不受到阻礙，特別是盡可能做好、做大隔震溝！
總而言之，七分構造三分算！

特別注意，若是復雜結構或者非常規隔震結構，我認為還是需要全面的詳細分析。而不是什么隔震結構一來就都整個全方位的性能分析，至于判定復雜/非常規隔震結構希望規范組能給出規定或示例。

關于隔震精細化分析

目前隔震精細化分析考驗的是算力，都明白精細化分析可更細致分析任何結構結果。

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

目前精細化分析中結構構件層面有些許假定存在假定過度，如填充墻。使得數值空間和實際空間完全是兩回事。工程師精細化的目的是利用模擬反演實際情況。依據目前的算力而言，對于工程應用的精細化分析無疑是無法達到精準預測的。因此，目前工程級的“隔震精細化”意義不大，既反應不了實際情況，也浪費大量計算資源。

我認為需要兩步走：

學界應努力研究完整精細化模擬分析的方式方法，以解析工程結構機理。

業界應努力發展更為有效簡化便捷統一的計算方法，比如：復振型反應譜法、迭代反應譜法，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化！在量子計算未普及前，普及“真”精細化，真心精細化不了！目前的所謂的平民化的“精細化”就是吃力不討好還不知道對不對得上真實情況的玩意兒。

更重要的應該是通過分析結果來評估結構和指導設計，數值空間上數據具體的大小沒有特別大的意義！

當然了，說了這么多，大家還是按規范辦事。我的建議是可以出一些更詳細的強制性構造措施，且對構造的要求更加苛刻來滿足隔震需求，遠勝過更“所謂的精細化”來的更有效直接。

還是那句話，總而言之，隔震結構七分構造三分算！