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基于新隔标CCQC隔震分析方法在YJK软件中实现流程

胡争锋

一、项目概况

    本项目地上5层，无地下室，1~3层层高3.6m，4~5层层高5.1m，房屋总高度21m，采用基础隔震，基本风压0.6kN/m2（50年）基本雪压0.9kN/m2（50年），抗震设防烈度8度（0.2g),地震分组二组，场地类别二类，建筑抗震设防类别乙类，计算模型如下图所示。

                                              结构分析模型

二、YJK软件隔震设计流程

    依据《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408-2021)的思想，隔震结构设计不再采用以前的分部设计方法，该标准确立了以“直接设计法”、“复振型分解反应谱法”和新一代隔震设计反应谱为代表性内容的方法体系，在抗震设防目标问题上，将原有的“小震不坏、中震可修、大震不倒”提升为“中震不坏、大震可修、巨震不倒”，采用中震进行内力计算和构件设计，并进一步引入性能化设计思想。

1.确定减震目标，建立非隔震模型：

    确定减震目标（按降低一度设计），建立非隔震模型（含下支墩层），上支墩柱底设置为铰接，按减震目标降低一度的要求进行结构计算分析（上部结构的抗震等级二级，隔震支座以下的下支墩的抗震等级定义为一级）。计算参数如“图一”所示，柱底铰接设置如“图二”所示。

       图一

                                          图二

计算完成后查看各项指标及配筋基本满足规范要求后将此模型的水平地震影响系数修改为8度设防地震影响系数0.45再重新计算一遍作为非隔震模型，用于和隔震模型计算结果对比，确定底部楼层的剪力比，从而确定上部结构的抗震等级。

2.建立隔震模型：

  将非隔震模型复制一份，删除非隔震模型的柱底铰接设置，布置隔震支座，设置隔震计算参数及与隔震支座相连接的构件属性后进行隔震模型计算分析。

2.1隔震模型计算参数设置：

    在前处理计算参数隔震减震页下勾选隔震减震选项，软件就会进行隔震相关的计算，输入隔震层的层数、隔震层的层号、隔震结构设计方法（直接设计法和分部设计法），软件保留以前抗震规范的分部设计法，新隔标推荐使用直接设计法，选择“直接设计法”时，勾选考虑钢筋超强系数，软件会自动按照隔震标准4.4.6条3款，对普通水平构件的承载力验算考虑钢筋的超强系数1.25。反应谱计算方法选择复振型分解反应谱法（由于直接设计法将上部结构和隔震层以及下部结构作为整体进行分析设计，上部结构与隔震层阻尼比存在明显差异导致振型对于阻尼矩阵不在满足正交条件，结构分析的动力方程无法采用强制解耦求解，如果强行解耦，则会导致计算结果产生较大误差，尤其当隔震层阻尼比较大，或同时采用了阻尼器装置时，强行解耦的误差会更大，应采用基于复振型理论的振型分解反应谱法计算），减隔震原件有效刚度和有效阻尼软件提供三种选项，分别是采用输入的线性属性、迭代确定、自动采用弹性时程的结果，本案例选择迭代确定，当选择采用时程计算结果时，软件在弹性时程模块提供了按照时程分析结果自动计算减隔震元件有效刚度和阻尼的功能，选择该项，反应谱计算可自动读取弹性时程计算的有效刚度和阻尼结果，接力反应谱进行地震作用计算，选择该项时，用户应首先在弹性时程模块中完成计算并勾选“计算减/隔震元件有效刚度和阻尼”选项。

包络设计：根据新隔标性能化设计思想。对于与隔震层相连接的支墩及相连构件在大震下应按斜截面抗剪弹性，抗弯不屈服进行承载力设计，软件提供包络设计选项实现一个模型自动包络设计。

大震计算时特征周期：新隔标4.2.1条规定，罕遇地震增加0.05s，极罕遇地震增加0.10s。

双向地震建议以勾选，对角部隔震支座在大震下的拉应力影响明显。

周期折减系数对于基地隔震结构，建议取1.0，对于层间隔震结构，可偏保守的按常规结构取值。

设防地震下的连梁刚度折减系数参见隔震标准4.4.4~4.4.6条的条文说明第四款取值，大震下的折减系数可酌情减小或取与设防地震相同。以下是YJK软件中的具体设置参数截图。

        隔震模型计算参数设置一

                                              隔震模型计算参数设置二

2.2定义隔震支座属性：

由于本案例隔震元件的等效刚度采用的是迭代确定，隔震支座属性定义中的有效刚度可输入隔震支座100%剪切应变时的等效参数，地震工况内力计算采用迭代后的刚度（即减隔震原件有效刚度和有效阻尼选择的方法），应当注意，对于恒活风等静力工况程序均采用用户输入的等效刚度进行内力计算。关于隔震参数输入的详细解读查看旧版“YJK隔震结构设计应用手册”的相关解释。以下是本项目所采用的隔震支座具体参数。

普通叠层橡胶隔震支座LNR700参数设置

铅芯叠层橡胶隔震支座LRB700参数设置                                     

 铅芯叠层橡胶隔震支座LRB600参数设置

2.3布置隔震支座：模型切换到上支墩层布置隔震支座，黄色框为：LRB700,红色框为LRB600，其余均为LNR700

                                           隔震支座平面布置图

2.4定义于隔震支座相连接的构件的属性以及性能目标：

具体规定参考《建筑隔震设计标准》4.4.4~4.4.6条及条纹说明。

2.4.1隔震层支墩、支柱及相连构件指定：

2.4.2构件类型指定

2.4.3构件性能目标指定：（指定完构件类型后软件会自动执行新隔标对支墩、支柱及相连构件构件按大震斜截面弹性，正截面不屈服设计，软件开放此参数用户也可对其进行交互修改）。

2.5定义柱轴压比限值增减量：由于隔震支座不隔离竖向地震，所以与竖向构件相关的构造措施不应降低，按原设防烈度规定的轴压比限制采用，具体规定详见隔标6.1.3-3条，

注：轴压比增减量限值只需定义隔震层以上竖向构件，隔震层以下竖向构件不需要定义

2.6特殊构件定义修改与隔震支座相连接构件的抗震等级，关于隔震结构的抗震等级相关规定详见隔标6.1.3条6.1.4条。本项目下支墩层抗震等级为一级，隔震层以上结构抗震等级为二级。

三、计算分析

点击生成数据，并计算，完成后自动切换到设计结果中。

四、结果查看

4.1整体指标及配筋结果查看：

与常规抗震结构结果查看相同，需要注意的是隔震层以上柱轴压比按不降低抗震等级的限值执行（本项目按一级轴压比限值执行），最小剪重比按原设防烈度对应的多遇地震执行即0.032最小限值执行、位移角限值按设防地震控制（对框架结构，设防地震下隔震层以上结构1/400,隔震层以下1/500）此处不再详细说明。

4.2隔震支座验算及结果查看

4.2.1隔震层验算：

隔震层支座信息、质心刚心、支座等效刚度等效阻尼结果查看：

 隔震层偏心率验算：计算依据：根据《建筑隔震设计标准》GB/T51408-2021第4.6.2-4条款，隔震层刚度中心与质量中心宜重合，设防烈度地震作用下的偏心率不宜大于3%。

隔震层抗风验算： 计算依据：根据《建筑隔震设计标准》GB/T51408-2021第4.6.8条款， 风荷载分项系数（可取1.4）* 风荷载作用下隔震层的水平剪力标准值 <= 隔震层抗风承载力设计值 隔震层抗风承载力由抗风装置和隔震支座的屈服力构成，按屈服强度设计值确定。

隔震层屈重比验算：隔震建筑屈重比是参考日本隔震设计相关规定，我国规范未做此方面相关要求，有关资料研究表明屈重比对高层建筑隔震效果影响明显，对多层建筑结构影响相对较小。

风荷载作用隔震层产生的总水平力验算：根据《建筑抗震设计规范》第12.1.3-3条款，风荷载和其他非地震作用的水平荷载标准值产生的总水平力不宜超过结构总重力的10%

4.2.2隔震支座应力及位移验算：

依据新隔标4.6.3条，4.6.6条，6.2.1条相关规定

 4.2.3隔震支座内力及位移结果

五、确定减震目标：

隔震模型和非隔震模型结果对比，校核隔震模型底部剪力比是否小于0.5，满足初步设定的减震目标，如果满足则可以进行下部设计，如不满足则需要调整隔震支座的类型及布置情况等，直到满足减震目标为止，实在困难时也可以降低减震目标按不降低一度设计也是可行的。

非隔震模型和隔震模型的基本周期对比

非隔震模型和隔震模型楼层剪力对比

注：此处的非隔震模型楼层剪力结果应为原设防地震下的结果，即地震影响系数应为0.45。底部剪力比小于0.5，上部结构抗震措施可以按降低一度取值。能满足初步设定的减震目标。

六、隔震结构罕遇地震弹性时程补充计算

根据新隔 标的相关要求，需要验算隔震支座在大震下的最大压应力、最大拉应力、支座的变形、抗倾覆验算等，评价隔震结构的减震效果。软件除了支持在反应谱结果中输出大震下的验算指标，还可以在弹性时程中进行各项指标的验算。

6.1地震波选择：关于地震波的选择及原理此处不再讲解，具体选波条件可以阅读抗规和新隔标的有关规定。YJK软件提供自动选波功能方便各位设计师选择符合规范的地震波。本案例选择三条地震波（2条天然波+1条人工波）。

6.2工况定义（分析方法选择直接积分法）

6.3定义工况组合（工况组合参考隔标6.2.1条文说明）

6.4楼层位移角

6.5楼层剪力

6.6隔震支座最大压应力、最大拉应力验算

6.7隔震支座变形验算

6.8隔震支座抗倾覆验算、隔震支座恢复力验算

6.9隔震支座滞回曲线查看，评估每个隔震支座的耗能情况，滞回曲线越饱满耗能效果越好。

6.10楼层顶点位移时程曲线

6.11隔震支座耗能曲线

七、罕遇地震作用下弹塑性时程分析

对一些复杂的项目如果还需要考虑结构在大震下有可能进入弹塑性状态，就需要对结构进行大震动力弹塑性时程分析，找到结构的薄弱部位对其加强以及进一步分析关键构件的损伤程度等来判断是否能够实现大震可修的抗震目标。YJK软件目前有两款动力弹塑性分析软件，YJK-EP（隐式方法）和YJK-Paco（显式方法）两款软件，本项目选用YJK-EP进行大震弹塑性分析。为了节省时间本项目选用大震弹性时程分析所采用的1条人工波进行分析计算。

7.1弹塑性层间位移角

7.2楼层顶点时程曲线

7.3隔震支座大震下的滞回曲线

7.4终止时刻结构损伤云图

7.5隔震支座耗能曲线

八、输出隔震设计报告：

此文章在编写过程中得到了中国建筑科学研究院薛彦涛老师，YJK北京总部王继涛老师的帮助和支持，再次表示感谢！