結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)分析通常有兩種方法：一種是振型分解反應(yīng)譜法，按照不同的理論基礎(chǔ)，可以進(jìn)一步分為基于復(fù)振型的CCQC方法和基于實(shí)振型的CQC方法；另一種是時(shí)程分析方法，按照不同的設(shè)計(jì)依據(jù)，對應(yīng)有不同的地震動(dòng)選取標(biāo)準(zhǔn)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路。在這里，作者對比了PKPM-GZ中采用CCQC方法與傳統(tǒng)采用時(shí)程分析方法在隔震結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)、構(gòu)件內(nèi)力以及設(shè)計(jì)信息三個(gè)層面上計(jì)算結(jié)果的差異。
算例模型基本信息
該隔震結(jié)構(gòu)采用基底隔震，為了充分發(fā)揮鉛芯橡膠支座LRB600的耗能能力，將其優(yōu)先布置在隔震層的外圍，如圖中紅圈所示。其余柱下均布置天然橡膠支座LNR600. 兩種支座的本構(gòu)模型如圖所示，可以清楚地看到，隔震結(jié)構(gòu)的非線性力學(xué)特征主要來源于LRB600支座。
設(shè)計(jì)反應(yīng)譜
眾所周知，結(jié)構(gòu)時(shí)程分析需要先對輸入的地震波進(jìn)行挑選。在挑選地震波方面，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》與《隔震建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》最大的區(qū)別在于地震影響系數(shù)曲線（設(shè)計(jì)反應(yīng)譜）的不同。在《隔震建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中，取消了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中第二個(gè)下降段，并將第一個(gè)下降段延長至結(jié)構(gòu)周期6.0秒。
如何合理地生成人造波？
有了設(shè)計(jì)反應(yīng)譜，我們應(yīng)該如何來挑選地震波呢？為了盡可能減小天然地震波對結(jié)構(gòu)影響的不確定性，這里輸入到結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)程分析的地震波均是人造地震波。對于隔震結(jié)構(gòu)這樣的高阻尼比結(jié)構(gòu)，如何來合理地選取人造波呢？
首先，綠色實(shí)線為阻尼比為 5%時(shí)的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜，將其作為生成人造波的目標(biāo)譜時(shí)，需要將結(jié)構(gòu)阻尼比定義為 5%.可以認(rèn)為這樣生成的人造波輸入到傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中是合理的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的阻尼比約為 5%.如果將這樣生成的人造波輸入到高阻尼比結(jié)構(gòu)（如阻尼比為 20%的隔震結(jié)構(gòu)）中時(shí)，往往會(huì)使結(jié)構(gòu)的實(shí)際響應(yīng)小于 20%阻尼比對應(yīng)的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜，就像圖中的藍(lán)色實(shí)線與黑色虛線。因此，在采用 20%阻尼比的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜時(shí)，應(yīng)該搭配 20%的結(jié)構(gòu)阻尼比，使得生成的人造波能夠真實(shí)反映其對高阻比結(jié)構(gòu)的地震作用，就像圖中灰色虛線所示。
總而言之，應(yīng)該保證作用在反應(yīng)譜上的阻尼比與生成人造波的結(jié)構(gòu)阻尼比大小一致。有關(guān)這部分內(nèi)容的進(jìn)一步探究將在本公眾號的近期文章中為大家繼續(xù)呈現(xiàn)，敬請期待。
結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)
從結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)的對比結(jié)果中可以看出，按照《隔標(biāo)》15.74%阻尼比選波所得的計(jì)算結(jié)果與CCQC吻合度較高，并且計(jì)算結(jié)果高于按照《隔標(biāo)》5%阻尼比選波的計(jì)算結(jié)果，這與前面提到的如何合理選取人造波時(shí)提到的結(jié)論是吻合的。按照《抗規(guī)》5%阻尼比選波的計(jì)算結(jié)果會(huì)明顯高于其他方法，其中一部分原因可以認(rèn)為是《抗規(guī)》反應(yīng)譜在其第二個(gè)下降段的地震影響系數(shù)會(huì)高于相同參數(shù)下的《隔標(biāo)》反應(yīng)譜。有關(guān)這一部分的詳細(xì)探究，將在近期公眾號的文章中為大家呈現(xiàn)。此外，值得注意的是，CCQC與 CQC的計(jì)算結(jié)果在結(jié)構(gòu)無偏心的 Y方向（結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與剛心）吻合度較高，在結(jié)構(gòu)有偏心的 X方向吻合度相對較低。
結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力
以結(jié)構(gòu)各層相應(yīng)位置的邊梁為例，對時(shí)程分析與振型分解反應(yīng)譜法得到構(gòu)件內(nèi)力的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比。從兩個(gè)方向邊梁梁端彎矩的計(jì)算結(jié)果可以看出，規(guī)律與整體指標(biāo)計(jì)算結(jié)果基本一致。
結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋信息
以上面提到的兩個(gè)邊梁為例，這里繼續(xù)對比它們的配筋結(jié)果。PKPM-GZ依據(jù)《隔標(biāo)》中對隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的要求，采用中震下隔震結(jié)構(gòu)整體分析設(shè)計(jì)方法來計(jì)算構(gòu)件的內(nèi)力與配筋信息。為了與傳統(tǒng)水平向減震系數(shù)法的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行對比，這里作者還分別給出了非隔震結(jié)構(gòu)降一度的設(shè)計(jì)結(jié)果與非隔震結(jié)構(gòu)不降度的設(shè)計(jì)結(jié)果。
結(jié)果表明，整體分析設(shè)計(jì)法的梁配筋結(jié)果介于降一度設(shè)計(jì)與不降度設(shè)計(jì)之間。是否按關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)計(jì)，對構(gòu)件配筋結(jié)果的影響明顯。
結(jié)論1
按照結(jié)構(gòu)實(shí)際阻尼比，并采用《隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中設(shè)計(jì)譜挑選地震波，能夠更加準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)響應(yīng)；
結(jié)論2
時(shí)程分析結(jié)果的內(nèi)力離散性較大，僅適合作為補(bǔ)充驗(yàn)證計(jì)算；
結(jié)論3
CQC在結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)、構(gòu)件內(nèi)力與設(shè)計(jì)信息的計(jì)算中，整體計(jì)算效果較好，兩種方法計(jì)算結(jié)果接近，CCQC的結(jié)果跟隔規(guī)時(shí)程結(jié)果吻合度高；
結(jié)論4
整體分析設(shè)計(jì)法得到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的配筋結(jié)果介于不降度設(shè)計(jì)與降一度設(shè)計(jì)之間，符合新隔規(guī)的性能目標(biāo)——中震基本彈性，大震可修。
