作者：石晶
單位：江蘇筑森建筑設(shè)計有限公司文章源自建筑隔震支座_隔震橡膠支座_密封件_廠家定制批發(fā)-http://www.shlexuan.com.cn/15742.html
《建設(shè)工程抗震管理條例》自2021年9月1日實行后，各地區(qū)陸續(xù)發(fā)布政策文件要求高烈度區(qū)、地震重點監(jiān)視防御區(qū)的八類建筑應(yīng)按照國家有關(guān)規(guī)定應(yīng)用減隔震技術(shù)。
在此背景下，江蘇筑森建筑設(shè)計有限公司積極研究減隔震技術(shù)，為后續(xù)高烈度區(qū)和地震重點監(jiān)視防御區(qū)的項目提供技術(shù)儲備。經(jīng)過對比，PKPM減隔震軟件具有專業(yè)性強(qiáng)、操作簡單、配套技術(shù)資料豐富的特點，因此我司利用PKPM減隔震軟件進(jìn)行了減隔震技術(shù)的應(yīng)用研究工作。本文介紹PKPM減隔震軟件在建模、計算、后處理等方面的基本操作，并圍繞隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計中“多模型”的應(yīng)用談一談隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本概念。文章源自建筑隔震支座_隔震橡膠支座_密封件_廠家定制批發(fā)-http://www.shlexuan.com.cn/15742.html
在PMCAD中建立隔震結(jié)構(gòu)整體模型
隔震結(jié)構(gòu)整體模型一般由隔震上部結(jié)構(gòu)、上下支墩層、隔震支座層組成。相比于常規(guī)結(jié)構(gòu)，隔震結(jié)構(gòu)整體模型一般要多建立三個標(biāo)準(zhǔn)層。三個標(biāo)準(zhǔn)層從下往上分別是下支墩層、隔震支座層、上支墩層。其中下支墩層一般是按支墩的實際尺寸建的小短柱層，隔震支座層一般也采用小短柱來建模，為了形象可采用小圓柱模擬，柱尺寸可根據(jù)隔震支座常見尺寸預(yù)估。上支墩層則是包含梁板結(jié)構(gòu)的小短柱層，上支墩高度及尺寸也按照工程中的實際尺寸建模。
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隔震整體結(jié)構(gòu)樓層組裝結(jié)果
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在PMCAD中新建3個標(biāo)準(zhǔn)層，并與隔震上部結(jié)構(gòu)組裝后，就得到了一個隔震整體結(jié)構(gòu)模型。但是此時隔震支座層的短柱還只是普通的混凝土柱，尚未成為隔震支座。需要先在前處理參數(shù)中定義隔震支座所在層號，再到前處理特殊柱菜單下，選擇隔震支座柱屬性，將屬性賦予給短柱。這時混凝土圓柱才能成為隔震支座，其過程類似于角柱的定義。定義完成后，此時小圓柱的力學(xué)性質(zhì)不再取決于具體的截面和材料，而是由定義的隔震支座屬性來控制。PKPM提供了支座產(chǎn)品庫，也可以在產(chǎn)品庫中選擇合適的隔震支座型號。文章源自建筑隔震支座_隔震橡膠支座_密封件_廠家定制批發(fā)-http://www.shlexuan.com.cn/15742.html
通過以上步驟可以將混凝土圓柱定義為隔震支座，但在剛接觸隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對于隔震結(jié)構(gòu)的方案布置往往沒有思路。PKPM里面提供了自動布置隔震支座的功能，其思路是根據(jù)隔震層偏心率的要求和減震系數(shù)（即隔震效果）來初步選擇隔震支座。對于隔震結(jié)構(gòu)，最常使用鉛芯橡膠支座加天然橡膠支座相組合的形式來，一般在結(jié)構(gòu)的外圍布置鉛芯橡膠支座，內(nèi)部布置天然橡膠支座。因此在進(jìn)行隔震支座自動布置時，可以先選擇兩組隔震支座。按分組布置完隔震支座后，填寫隔震層偏心率、非隔震結(jié)構(gòu)基本周期，隔震結(jié)構(gòu)目標(biāo)減震系數(shù)等參數(shù)，程序會按填寫的參數(shù)初步篩選出合適的隔震支座。文章源自建筑隔震支座_隔震橡膠支座_密封件_廠家定制批發(fā)-http://www.shlexuan.com.cn/15742.html
隔震結(jié)構(gòu)的前處理及結(jié)果查看
隔震結(jié)構(gòu)前處理參數(shù)中，最重要的是隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的選擇。隔震結(jié)構(gòu)可以按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計，也可以按照《建筑隔震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》來設(shè)計。當(dāng)在軟件中選擇“水平向減震系數(shù)法”時，程序會按照《抗規(guī)》進(jìn)行隔震結(jié)構(gòu)的計算和設(shè)計；當(dāng)在軟件中選擇“整體分析設(shè)計法”時，程序會按照《隔標(biāo)》進(jìn)行隔震結(jié)構(gòu)的計算和設(shè)計。
選擇完隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計方法之后，還需要選擇隔震設(shè)計的多模型來進(jìn)行隔震結(jié)構(gòu)的分析。選擇“水平向減震系數(shù)法”時，一般需要4個模型參與隔震結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計，分別是小震非隔震模型、中震隔震模型、中震非隔震模型、大震隔震模型。文章源自建筑隔震支座_隔震橡膠支座_密封件_廠家定制批發(fā)-http://www.shlexuan.com.cn/15742.html
選擇“整體分析設(shè)計法”時，一般需要3個模型參與隔震結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計，分別是中震隔震模型、中震非隔震模型、大震隔震模型。文章源自建筑隔震支座_隔震橡膠支座_密封件_廠家定制批發(fā)-http://www.shlexuan.com.cn/15742.html
PKPM可以根據(jù)隔震整體模型，自動生成隔震多模型，極大的簡化了隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作量。對于隔震多模型的理解和應(yīng)用是隔震結(jié)構(gòu)計算的要點之一，后續(xù)將圍繞這個問題作更詳細(xì)的討論。文章源自建筑隔震支座_隔震橡膠支座_密封件_廠家定制批發(fā)-http://www.shlexuan.com.cn/15742.html
當(dāng)完成設(shè)計后，可以到后處理查看隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)果。首先需要查看隔震結(jié)構(gòu)計算的“水平向減震系數(shù)”或“底部剪力比”，來確認(rèn)隔震支座的布置是否達(dá)到了預(yù)期的隔震目標(biāo)。
其次，隔震計算書中為隔震分析報告提供了大部分的素材，包括隔震設(shè)計依據(jù)、工程概況，隔震支座的布置和偏心率計算，隔震支座的抗風(fēng)驗算，隔震和非隔震結(jié)構(gòu)的對比等等。
此外，對于隔震支座的壓應(yīng)力、拉應(yīng)力等會在隔震支座驗算中給出，可以根據(jù)支座驗算的結(jié)果來判斷隔震支座布置是否合理。
從隔震結(jié)構(gòu)“多模型”談隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計
隔震結(jié)構(gòu)因為涉及到隔震和非隔震模型的對比，各個地震水準(zhǔn)下的性能設(shè)計，所以需要用到多個模型。按《抗規(guī)》和按《隔標(biāo)》兩種方法設(shè)計隔震結(jié)構(gòu)，都涉及到隔震多模型的應(yīng)用，且兩種方法采用的隔震多模型是有區(qū)別的。針對兩種方法涉及到的多模型列舉如下：
可以看到按《抗規(guī)》和按《隔標(biāo)》設(shè)計，都涉及到多模型，并且多模型的應(yīng)用不完全相同，接下來我們結(jié)合隔震設(shè)計的要點，談一談多模型的應(yīng)用。
按《抗規(guī)》設(shè)計時多模型的應(yīng)用
按《抗規(guī)》進(jìn)行隔震結(jié)構(gòu)的地震力計算，其基本的思路是按“小震非隔震模型”來計算地震力，同時考慮隔震支座的隔震效果來對“小震非隔震模型”的地震力進(jìn)行打折。這個打折系數(shù)稱為“水平向減震系數(shù)”，“水平向減震系數(shù)”通過“中震隔震模型”和“中震非隔震模型”的對比分析來得到。
同時，水平向減震系數(shù)也是確定隔震后上部結(jié)構(gòu)抗震措施等級的依據(jù)，按照《抗規(guī)》12.2.7條，可根據(jù)計算得到的水平向減震系數(shù)來決定隔震后上部結(jié)構(gòu)的抗震措施。
按《抗規(guī)》設(shè)計隔震結(jié)構(gòu)，實質(zhì)上還是對隔震上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行小震設(shè)計，小震非隔震模型是基本的設(shè)計模型。同時，按照《抗規(guī)》12.2.9第1款，隔震層支墩、支柱及相連構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行罕遇地震下的設(shè)計。因此需要應(yīng)用大震隔震模型，進(jìn)行隔震層支墩支柱及相連構(gòu)件的設(shè)計。
按《隔標(biāo)》設(shè)計時多模型的應(yīng)用
按《隔標(biāo)》設(shè)計隔震結(jié)構(gòu)，是對隔震整體模型進(jìn)行計算和分析，因此稱之為整體分析法，且《隔標(biāo)》要求在設(shè)防地震（中震）下進(jìn)行結(jié)構(gòu)及隔震層的承載力和變形驗算。所以“中震隔震模型”是按《隔標(biāo)》設(shè)計時基本的設(shè)計模型。通過反應(yīng)譜迭代的方法可以計算出隔震結(jié)構(gòu)的周期和總阻尼比，從而計算隔震結(jié)構(gòu)的地震力。此時隔震效果的體現(xiàn)主要在于隔震結(jié)構(gòu)相比非隔震結(jié)構(gòu)周期拉長，隔震結(jié)構(gòu)鉛芯橡膠支座提供附加阻尼比，兩種共同作用，降低結(jié)構(gòu)地震力。文章源自建筑隔震支座_隔震橡膠支座_密封件_廠家定制批發(fā)-http://www.shlexuan.com.cn/15742.html
《隔標(biāo)》6.1.3規(guī)定，隔震結(jié)構(gòu)的抗震措施可按底部剪力比及相應(yīng)的抗震設(shè)防烈度確定，隔震結(jié)構(gòu)底部剪力比不大于0.5時，上部結(jié)構(gòu)可按本地區(qū)設(shè)防烈度降低1度確定抗震措施。文章源自建筑隔震支座_隔震橡膠支座_密封件_廠家定制批發(fā)-http://www.shlexuan.com.cn/15742.html
因此，按《隔標(biāo)》設(shè)計隔震結(jié)構(gòu)，要確定抗震措施等級，首先要計算底部剪力比，而計算底部剪力比就需要中震隔震模型和中震非隔震模型的對比。文章源自建筑隔震支座_隔震橡膠支座_密封件_廠家定制批發(fā)-http://www.shlexuan.com.cn/15742.html
按《隔標(biāo)》設(shè)計隔震結(jié)構(gòu)，其基本的設(shè)計模型是中震隔震模型，且不同構(gòu)件要求的性能目標(biāo)不同。同時按照《隔標(biāo)》4.7.2條，隔震層支墩支柱及相連構(gòu)件需進(jìn)行罕遇地震下的設(shè)計，因此還需要應(yīng)用大震隔震模型。綜上，不論是按《抗規(guī)》還是按《隔標(biāo)》設(shè)計隔震結(jié)構(gòu)，都涉及到隔震多模型的應(yīng)用，且兩種方法有所不同，將隔震結(jié)構(gòu)多模型的應(yīng)用概括如下：
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