随着《建设工程抗震管理条例》(国务院令第744号)的强制执行,《条例》中第十六条提到:“ 位于高烈度设防地区、地震重点监视防御区的新建学校、幼儿园、医院、养老机构、儿童福利机构、应急指挥中心、应急避难场所、广播电视等建筑应当按照国家有关规定采用隔震减震等技术,保证发生本区域设防地震时能够满足正常使用要求。”,因此,近来减隔震技术被越来越多的应用于《条例》中提到的“八大类”建筑工程中。
目前隔震结构设计方法基于《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408-2021)的“整体分析设计法”进行隔震设计,隔震建筑的基本设防目标为:当遭受相当于本地区基本烈度的设防地震时,主体结构基本不受损坏或不需修理即可继续使用;当遭遇罕遇地震时,结构可能发生损坏,经修复后可继续使用;特殊设防类建筑遭受极罕遇地震时,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏(即中震不坏、大震可修、巨震不到)。消能减震结构设计方法基于《建筑消能减震技术规程》(JGJ 297)和《建筑抗震设计规范》(GB 50011)的抗震性能化设计方法。消能减震结构的抗震设防目标为:当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时,消能部件正常工作,主体结构不受损坏或不需要修理可继续使用;当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时,消能部件正常工作,主体结构可能发生损坏,但经一般修理仍可继续使用;当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时,消能部件不应丧失功能,主体结构不致倒塌或发生危及生命的严重破坏(即小震不坏、中震可修、大震不倒)。
另外,在关于《建设工程抗震管理条例》的实施意见文件中,针对“满足正常使用要求”给了明确解释:所指“满足正常使用要求”,即按《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010(2016 年版)附录 M,关键构件不应不低于性能 2,普通竖向构件不应、普通水平构件(框架梁、 连梁等)不宜低于性能 3,进行结构构件的抗震承载力、变形和构造设计,以及非结构构件和建筑附属设备支座抗震设2计,并满足表 1 的位移角限值。待相关标准正式公布后,应依据相关内容执行。(此处相关标准指《基于保持建筑正常使用功能的抗震技术导则》以及各地方减隔震相关标准)
由此可见,减隔震设计为保证在设防地震时能够满足正常使用要求,基本达到中震设计水平,在低烈度区减隔震的优势无法体现,成本有较明显的增长,那么目前的减隔震设计在低烈度区如何最大程度体现其安全经济合理性?
一、 隔震设计中,上部结构因采用隔震技术,可以根据底部剪力比的大小决定是否对上部结构抗震措施等级进行降低,且由于采用隔震技术,上部结构整体基本处于剪切变形的形式,抗震性能得到大大的改善,但是由于关键构件基本采用中震弹性设计方法,而且设计方法仍执行《抗规》对于小震弹性的设计各种增大系数和调整系数,会对经济性有较大的影响,是否合理?
(笔者认为过于保守,小震设计中的增大系数和调整系数相当于使小震设计水平达到了中震设计水平,具体还有待验证讨论)
二、 隔震设计中,由于基本基于中震及大震进行设计,对于小震是否有必要保证?如何设计保证?
(由于隔震设计中,关键构件采用中震弹性设计,可以完全包络住小震设计,但是其他构件存在中震不屈服设计,设计组合和材料强度取值都与弹性设计有不同,在低烈度区不一定包络的住小震设计,目前设计建议上部结构按小震包络设计构件配筋)
三、 消能减震设计中,小震设计是否考虑阻尼器的作用,考虑附加阻尼比?
(笔者认为从设计原理上考虑,小震设计是可以根据实际受力情况附加一定的阻尼比,但是咨询阻尼器厂家,给的回复是小震下,阻尼器基本处于弹性阶段,不会提供附加阻尼或者提供一个很小的附加阻尼,咨询一些设计院总工,他们的意见是偏保守设计,他们认为阻尼器不可靠,在小震设计统一按不附加阻尼比算够,因此在经济性会有一定的浪费)
四、 目前减隔震设计太过于依赖于减隔震产品,如何保证减隔震产品的规范化和质量?
(这条笔者觉得是目前减隔震设计的最大的弊病,特别是隔震结构,整个设计太依赖于隔震产品,一旦产品失效,结构可能失效,目前只能从厂家的规范化入手,但是很难在产品的质量和经济型上维持平衡,谁也无法保证在利益的驱使下不会有不良商家出现)
五、 《建筑与市政工程抗震通用规范》5.1.7条和5.1.11条中提到:“隔震层以上结构(消能减震结构)的总水平地震作用,不得低于6度设防非隔震结构(消能减震结构)的总水平地震作用”,这两条如何实际操作?隔震结构采用小震模型还是中震模型对比?隔震上部结构模型如何选取,底层柱底假设如何选取?6度区减震结构小震是否不能考虑阻尼器的附加阻尼比,还是通过调整地震作用满足此条要求?
(隔震结构目前取上部结构柱底点铰模型进行小震验算对比,6度区减震结构小震按不附加阻尼比计算满足此条要求)
六、 消能减震结构中减震子结构的大震极限承载力验算,是考虑等效弹性计算必须满足还是弹塑性模型满足即可?
(目前工程的实际计算,减震子结构的大震极限承载力验算,如果在等效弹性计算中满足,一般构件截面会很大,甚至需要加型钢,经济性较差)
以上计算结果表明:
1、设置屈曲约束支撑阻尼器(BRB)的主体结构在多遇地震作用下处于弹性状态,阻尼器起到增大和调节结构刚度作用,不耗散地震能量,不产生附加阻尼比;在设防地震作用下处于弹性状态,阻尼器起到增大和调节结构刚度作用,阻尼器基本不耗散地震能量,产生附加阻尼比;在罕遇地震作用下处于等效弹性状态,阻尼器起到增大和调节结构刚度作用,阻尼器耗散地震能量,产生附加阻尼比。
2、BRB阻尼器在中震下主要作用是增加主体结构刚度,以保证结构在中震下位移指标满足规范要求,满足中震不坏的性能目标。BRB阻尼器在在大震下,除了增加主体结构刚度,同时能够在罕遇地震作用下屈服,产生耗能,减小地震作用,以保证结构在大震下可修的性能目。