【写在前文】
随着隔标颁布,国内外大大小小的地震的经历。越来越多的人重视减隔震分析和设计,也听到不少的疑惑声音,个人也有一点热点问题的感悟与大家分享。
在个人看来:建筑减隔震:七分构造三分算!
特别注意:本文只代表个人观点,非官方观点。还需严格执行规范!
【正文】
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关于复振型应用问题
关于这个问题,看似已经是老生常谈了。有人会告诉你:用复振型分析跑一下,然后如果拉应力超了,采用时程分析方法进行复核。这个做法看似很完美,没啥毛病,但是实则对于常规的隔震结构却非常多余。
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比如一座非常常规的多层建筑做隔震也需要做个大震的性能分析吗?
我认为是不需要!只需要做中震反应谱法即可,这里需要补充的是:
如果是位移型的减隔震元件,建议采用迭代的反应谱分析方法;(迭代可以近似解决刚度非线性问题)
如果是速度型的减隔震元件,建议采用复振型反应谱分析方法;(复振型可以近似解决非对称阻尼问题)
如果是混合型(速度型+位移型),建议采用迭代的复振型反应谱分析方法。
(别扯精细化!没上面这个计算,哪来配筋给“精细化”后验分析~)
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那抗拉的结果超限怎么办?
采用线性系统计算得到支座受拉或提离是无效的,大量的试验和分析都可以表明,在正常满足要求的设计下,在高宽比较小的时候,支座是不受拉或者提离的。并且实际上当橡胶支座受拉超过1 MPa 时,其竖向受拉变形的位移比较的大,或者是摩擦摆需要严重提离倾覆,(这时摇摆角要大上天!怎么可能!)这在高宽比比较小的建筑是不可能发生的,并且体量越大越不容易发生。
所以别扯数值计算上受拉,我们又不是要保护数值空间的建筑,我们要保护的是建成的实体建筑!过分假定早就让数值计算在部分指标上没有任何参考意义,工程师还是需要有结构概念,甚至是常识。更不需要提所谓的抗拉装置了,大部分抗拉装置是画蛇添足,而且大部分抗拉装置的实际用途只会影响水平隔震的效果。
目前已经有太多研究隔震提离摇摆的内容了,因此建议对于常规隔震结构(体型规整,高宽比比较小,比如高宽比≤3),直接取消验算隔震支座抗拉!因为这已经是既定结果,何必再辛苦跑个假时程分析自我安慰?
还有人建议,如果遇到非常规隔震结构支座受拉超限,直接增大支座直径,这点建议有点拆东墙补西墙的意思!增大支座直径,相应水平隔震效果更差,同时地震力更大,这怕是个追及问题,到底支座直径大得快,还是拉力大得快。虽然大部分情况,都是支座直径大得快!但我们的初衷不是要做柔隔震层吗?!不是要做隔震吗?还给做刚回去了!建议可先试试水平做柔,疏导地震力~水平做柔了,自然拉力就小了,做柔方式很多,比如选择同直径下小一点的橡胶剪切模量的支座等方式,又或者选择提离释放,但不到万不得已,不建议牺牲水平效果来保竖向受拉。
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那怎么知道这个结构的性能?
首先不要将常规的隔震结构设计妖魔化或神圣化。以下讨论结构性能仅是结构构件在数值计算方面的内容,不含非结构构件!
比如:让你设计一个5层的常规框架抗震设计,是不是直接反应谱计算,配筋出图了,你会去校验这个建筑在罕遇地震下的性能吗?(当然,专家们也鼓励去做~),我们通过小震+构造,隐性的认为可以达到罕遇地震下的性能!(但可惜实际上不一定达到!)
那同理,对于常规的隔震结构,搞个5层常规的隔震结构,以当下的研究和工程经验,完全可以满足直接合理的反应谱计算,配筋出图。隔震结构依然可以通过中震+构造,并认为可以达到罕遇地震下的性能!这一点和抗震不一样,毕竟,隔震结构对于地震烈度越大,隔震效果越突出,只要中震设计满足《隔标》的要求是一定能达到的!
对于常规的隔震结构,在计算层面上满足《隔标》中震设计的条件下,在罕遇地震下应大部分处于无损伤或轻微损伤,能算出较严重损伤的一定是存在问题的,工程师需要自我甄别!
因此满足《隔标》中震设计的常规隔震结构,在罕遇地震下性能是可以完全保障的。至于极罕遇地震,目前《隔标》未给出常用隔震支座的极罕遇下的力学性能,用双线性模型来分析极罕遇地震无任何意义,会严重高估结构性能,未能达到评估作用,也不能说明建筑在极罕遇地震下的损伤或破坏趋势。
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对于常规隔震结构,除了上部结构的指标外,隔震层关心的应该是:
注意:此处是常规结构,即高宽比比较小,结构规整。
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隔震层刚度需要适配(就是足够刚),保证隔震层能协同工作!(这足以保证支座不受拉不提离)
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支座面压的控制和剪力系数的保证!(这点是中震设计来保证大震性能的根本)
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产品性能可靠性、稳定性的保障!(包括隔震层的非结构构件,如柔性管道之类)
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多增设配筋/增大截面在关键构件上。(不需要大震弹性/不屈服来包络,直接提高中震时安全储备更直接)
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构造配套要跟上,使得整个隔震建筑在地震运动时并不受到阻碍,特别是尽可能做好、做大隔震沟!
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总而言之,七分构造三分算!
特别注意,若是复杂结构或者非常规隔震结构,我认为还是需要全面的详细分析。而不是什么隔震结构一来就都整个全方位的性能分析,至于判定复杂/非常规隔震结构希望规范组能给出规定或示例。
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关于隔震精细化分析
目前隔震精细化分析考验的是算力,都明白精细化分析可更细致分析任何结构结果。
精细化分析是否是吃力不讨好是关键点,精细化分析需要拿掉更多假定,甚至假定仅存在细观或材料层面。
目前精细化分析中结构构件层面有些许假定存在假定过度,如填充墙。使得数值空间和实际空间完全是两回事。工程师精细化的目的是利用模拟反演实际情况。依据目前的算力而言,对于工程应用的精细化分析无疑是无法达到精准预测的。因此,目前工程级的“隔震精细化”意义不大,既反应不了实际情况,也浪费大量计算资源。
我认为需要两步走:
学界应努力研究完整精细化模拟分析的方式方法,以解析工程结构机理。
业界应努力发展更为有效简化便捷统一的计算方法,比如:复振型反应谱法、迭代反应谱法,这些都是非常好的工具!
而不是一股脑的无脑,一来就弹塑性非线性精细化!在量子计算未普及前,普及“真”精细化,真心精细化不了!目前的所谓的平民化的“精细化”就是吃力不讨好还不知道对不对得上真实情况的玩意儿。
更重要的应该是通过分析结果来评估结构和指导设计,数值空间上数据具体的大小没有特别大的意义!
当然了,说了这么多,大家还是按规范办事。我的建议是可以出一些更详细的强制性构造措施,且对构造的要求更加苛刻来满足隔震需求,远胜过更“所谓的精细化”来的更有效直接。
还是那句话,总而言之,隔震结构七分构造三分算!
(完)
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