隔震和消能減震是建筑結(jié)構(gòu)減輕地震災(zāi)害的有效技術(shù)。隔震體系通過延長結(jié)構(gòu)的自振周期能夠減少結(jié)構(gòu)的水平地震作用，已被國外強震記錄所證實。國內(nèi)外的大量試驗和工程經(jīng)驗表明:隔震一般可使結(jié)構(gòu)的水平地震加速度反應(yīng)降低 60% 左右，從而消除或有效地減輕結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)的地震損壞，提高建筑物及其內(nèi)部設(shè)施和人員的地震安全性，增加了震后建筑物繼續(xù)使用的功能。

隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計當前都按照抗震規(guī)范第12章隔震和消能減震設(shè)計的相關(guān)要求進行。為便于設(shè)計人員掌握隔震設(shè)計方法，抗震規(guī)范提出了'水平向減震系數(shù)'的概念，通過減震系數(shù)將隔震設(shè)計融入傳統(tǒng)抗震設(shè)計，便于理解實施。隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計通常采用分步式設(shè)計，分為隔震層上部結(jié)構(gòu)設(shè)計、隔震層設(shè)計、隔震層下部結(jié)構(gòu)設(shè)計及地基基礎(chǔ)設(shè)計四個部分。

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《建筑隔震設(shè)計標準》GB T 51408-2021（以下簡稱“隔標”）已于2021年9月1日執(zhí)行，采用隔震結(jié)構(gòu)直接設(shè)計法：上下部結(jié)構(gòu)、 隔震層一體化分析設(shè)計，并順接基礎(chǔ)的設(shè)計分析。新隔標直接設(shè)計方法和傳統(tǒng)采用抗震規(guī)范的分步式隔震設(shè)計方法有一定的區(qū)別，本文對兩本規(guī)范的異同點進行對比分析，讓設(shè)計師了解新隔標的相關(guān)技術(shù)要點，并讓設(shè)計師掌握如何用PKPM軟件實現(xiàn)新隔標對隔震結(jié)構(gòu)的直接設(shè)計方法。

圖1 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《建筑隔震設(shè)計標準公告》

抗震規(guī)范對隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求

抗震規(guī)范第12章對隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計提出了較為詳細的要求，包括隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)規(guī)定及隔震設(shè)計要點。規(guī)范對建筑結(jié)構(gòu)采用隔震設(shè)計應(yīng)該符合的相關(guān)規(guī)定提出了要求，同時對隔震裝置、隔震層的布置、隔震層橡膠隔震支座、隔震層與上部結(jié)構(gòu)的連接、隔震層以下地面以上結(jié)構(gòu)罕遇地震作用下層間彈塑性位移角限值等隔震設(shè)計要點均做出了規(guī)定。抗規(guī)對隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求采用“水平向減震系數(shù)法”，按分步式設(shè)計，分為隔震層上部結(jié)構(gòu)設(shè)計、隔震層設(shè)計、隔震層下部結(jié)構(gòu)設(shè)計及地基基礎(chǔ)設(shè)計四個部分。

圖2 現(xiàn)行抗規(guī)的分步設(shè)計法流程

抗規(guī)規(guī)范中對隔震結(jié)構(gòu)的抗震性能要求也有所提高。采用隔震或消能減震設(shè)計的建筑，當遭遇到本地區(qū)多遇地震影響、設(shè)防地震影響和罕遇地震影響時，可按高于抗震規(guī)范第1. 0.1 條（小震不壞、中震可修、大震不倒）的基本設(shè)防目標進行設(shè)計。

圖3 抗規(guī)1.0.1基本的抗震設(shè)防目標

按照抗規(guī)的分步設(shè)計法設(shè)計的關(guān)鍵是通過時程分析確定減震系數(shù)，抗震規(guī)范分步設(shè)計法在實際設(shè)計中存在以下方面的缺點：

（1）隔震層、上下部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)要分別建模計算及設(shè)計、驗算；

（2）要多次建模，比較繁瑣；

（3）減震系數(shù)的確定對地震波的選取依賴性較大；

（4）上部結(jié)構(gòu)地震作用與隔震結(jié)構(gòu)的實際響應(yīng)存在差異。

圖4 水平向減震系數(shù)與隔震后結(jié)構(gòu)水平地震作用對應(yīng)烈度

隔標對隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求

隔標對隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求，不同于現(xiàn)行抗規(guī)的分步設(shè)計法，隔標采用直接設(shè)計法，一次設(shè)計，取消減震系數(shù)倒換為烈度設(shè)計，直接分為上下部結(jié)構(gòu)和隔震層一體化分析設(shè)計，并順接基礎(chǔ)的設(shè)計分析方法。

隔標提高了隔震結(jié)構(gòu)的抗震性能目標，設(shè)防三目標為，設(shè)防地震：結(jié)構(gòu)完好，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和設(shè)備完好。罕遇地震：結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能損壞，可修復(fù)；設(shè)備基本功能不受嚴重影響。極罕遇地震：結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件不嚴重破壞倒塌，設(shè)備經(jīng)修理可繼續(xù)使用�？筛爬�為：“中震基本不壞，大震可修，巨震不倒”。隔標對隔震結(jié)構(gòu)的抗震性能目標的要求，將使我國建筑地震安全性大幅提高，使我國地震安全面貌大改觀。

圖6 隔標1.0.3條

隔標提出了“三水準、三階段設(shè)計”，并且從常規(guī)結(jié)構(gòu)的小震設(shè)計直接過渡到“中震設(shè)計”。隔震結(jié)構(gòu)在設(shè)防地震作用下，應(yīng)進行結(jié)構(gòu)以及隔震層的承載力設(shè)計和變形驗算；在罕遇地震作用下，應(yīng)進行結(jié)構(gòu)以及隔震層的變形驗算，并應(yīng)對隔震層的承載力進行驗算；在極罕遇地震作用下，對特殊設(shè)防類建筑尚應(yīng)進行結(jié)構(gòu)及隔震層變形驗算。

圖7 隔標3.1.3條

隔標對地震作用的分析提出了三種分析方法，等效側(cè)力法，振型分解反應(yīng)譜法及時程分析法。對高度≤24m、以剪切變形為主，且質(zhì)量剛度分布均勻、支座類型單一的結(jié)構(gòu)，可以采用等效側(cè)力法計算地震作用。除等效側(cè)力法之外的隔震結(jié)構(gòu)可以采用振型分解反應(yīng)譜法。對高度＞60m、體型不規(guī)則及隔震層構(gòu)成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，建議選擇時程分析法。

隔標在直接分析法中面臨的幾個問題，如：隔震層在設(shè)防烈度地震作用下即進入非線性狀態(tài)、隔震結(jié)構(gòu)是非經(jīng)典（比例）阻尼體系等，在隔標中都提供了對應(yīng)的解決方案。

振型分解反應(yīng)譜分析應(yīng)進行合理的等效線性化，時程分析則應(yīng)充分考慮隔震層局部非線性特征。隔震結(jié)構(gòu)是非經(jīng)典（比例）阻尼體系應(yīng)采用基于復(fù)振型理論的振型分解反應(yīng)譜方法，尤其當隔震層阻尼比比較大、或同時采用了阻尼器裝置時。罕遇、極罕遇地震作用驗算時應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)非線性。

●  隔標對隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計提出的應(yīng)對方案有：

（1）設(shè)計階段分析以CCQC復(fù)振型分解反應(yīng)譜法為主；

（2）通過剛度、阻尼比迭代實施局部非線性的等效線性化；

（3）以局部非線性時程分析為中震設(shè)計階段提供包絡(luò)補充；

（4）罕遇、極罕遇地震整體彈塑性動力時程評估驗算分析。

隔標還提出了對隔震結(jié)構(gòu)的地震作用計算及對隔震結(jié)構(gòu)驗算的相關(guān)細節(jié)、隔震支座及隔震構(gòu)造細節(jié)；對多層與高層結(jié)構(gòu)、大跨結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)及底框抗震墻結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計要點做了詳細要求等。

隔標與抗震規(guī)范的不同點

隔標與抗規(guī)兩本規(guī)范對隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，有以下不同點：

（1）抗震性能目標要求不同�？挂�(guī)對隔震結(jié)構(gòu)的抗震性能目標要求高于基本設(shè)防目標（小震不壞、中震可修、大震不倒），隔標對隔震結(jié)構(gòu)的抗震性能目標為“中震基本不壞，大震可修，巨震不倒”。

（2）設(shè)計方法不同�？挂�(guī)采用分步設(shè)計法，隔標采用直接設(shè)計法。

（3）隔震層上部結(jié)構(gòu)地震作用大小不同。抗震規(guī)范將減震系數(shù)倒換為烈度設(shè)計，按照小震設(shè)計，隔標對上部結(jié)構(gòu)直接按照中震設(shè)計，中震設(shè)計，概念明確，與構(gòu)造要求一致，與國際接軌。

（4）隔標對隔震結(jié)構(gòu)采用性能化設(shè)計。區(qū)分關(guān)鍵構(gòu)件，普通豎向構(gòu)件、重要水平構(gòu)件及普通水平構(gòu)件，按不同的安全標準，有利于貫徹強柱弱梁、強剪弱彎、裂而不倒等目標。

（5）地震作用計算時的地震影響系數(shù)曲線不同。抗震規(guī)范采用四段反應(yīng)譜，隔標采用三段反應(yīng)譜�？拐鹨�(guī)范的反應(yīng)譜第四段與隔震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)規(guī)律不符合。

（6）隔標要求，在極罕遇地震作用下，對特殊設(shè)防類建筑尚應(yīng)進行結(jié)構(gòu)及隔震層變形驗算。

（7）隔標提出了對隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計階段分析以CCQC復(fù)振型分解反應(yīng)譜法為主，以局部非線性時程分析為中震設(shè)計階段提供包絡(luò)補充。當阻尼大于等于15%時，若不考慮復(fù)振型，已不合理，也不安全。

（8）隔標取消了對于結(jié)構(gòu)高寬比的限值，直接按照隔震支座拉力小于1 Mpa控制。只要支座拉應(yīng)力小于1 Mpa ，結(jié)構(gòu)是安全的。

（9）對隔震層上部結(jié)構(gòu)的抗震等級的確定方法是不同的�？拐鹨�(guī)范按照結(jié)構(gòu)體系、高度、烈度等確定結(jié)構(gòu)的抗震等級，隔標是直接按照結(jié)構(gòu)體系及烈度確定抗震等級。

（10）隔標在抗震規(guī)范支座的基礎(chǔ)上，新增彈性滑板隔震支座及摩擦擺隔震支座兩種支座類型，并對驗算的相關(guān)限值做了不同的規(guī)定。

（11）隔標新增了大跨結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)及底框抗震墻結(jié)構(gòu)、核電廠建筑隔等的震設(shè)計；同時增加了既有建筑與歷史建筑隔震加固設(shè)計、村鎮(zhèn)低矮房屋簡易隔震設(shè)計等。

隔標與抗震規(guī)范的相同點

隔標與抗規(guī)兩本規(guī)范對隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，有以下相同點：

（1）對隔震建筑的相關(guān)基本要求、隔震支座、隔震支座與上部結(jié)構(gòu)的連接及構(gòu)造等要求基本一致。

（2）對隔震層上部不論是小震設(shè)計還是按照中震設(shè)計，都要按照正常的抗震規(guī)范的相關(guān)要求進行對應(yīng)的調(diào)整，比如強柱弱梁、強剪弱彎等調(diào)整。

（3）對隔震層的驗算要求基本是一致的。均要求進行隔震層抗風驗算、偏心率驗算、重力荷載代表值作用下的長期面壓驗算、罕遇地震作用下支座的拉應(yīng)力及壓應(yīng)力驗算、罕遇地震作用下支座水平位移驗算等。

（4）對隔震支座性能試驗內(nèi)容要求（豎向抗壓承載力、豎向抗拉能力、壓剪剛度、拉剪剛度、阻尼比、水平變位能力、相關(guān)性能試驗、耐久性試驗）等基本一致。

（5）對于隔震層下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求相同�？拐鹨�(guī)范和隔標對隔震層下部結(jié)構(gòu)要求進行罕遇地震作用下構(gòu)件承載力的驗算。