住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB T 51408-2021（以下簡(jiǎn)稱“隔標(biāo)”）已于2021年9月1日?qǐng)?zhí)行，采用隔震結(jié)構(gòu)直接設(shè)計(jì)法：上下部結(jié)構(gòu),、 隔震層一體化分析設(shè)計(jì)，并順接基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)分析,。新隔標(biāo)直接設(shè)計(jì)方法和傳統(tǒng)采用抗震規(guī)范的分步式隔震設(shè)計(jì)方法有一定的區(qū)別,，本文對(duì)兩本規(guī)范的異同點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，讓設(shè)計(jì)師了解新隔標(biāo)的相關(guān)技術(shù)要點(diǎn),，并讓設(shè)計(jì)師掌握如何用PKPM軟件實(shí)現(xiàn)新隔標(biāo)對(duì)隔震結(jié)構(gòu)的直接設(shè)計(jì)方法,。

圖1 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)公告》

抗震規(guī)范第12章對(duì)隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了較為詳細(xì)的要求，包括隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定及隔震設(shè)計(jì)要點(diǎn),。規(guī)范對(duì)建筑結(jié)構(gòu)采用隔震設(shè)計(jì)應(yīng)該符合的相關(guān)規(guī)定提出了要求,，同時(shí)對(duì)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(jì)要點(diǎn)均做出了規(guī)定,?？挂?guī)對(duì)隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求采用“水平向減震系數(shù)法”，按分步式設(shè)計(jì),，分為隔震層上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),、隔震層設(shè)計(jì)、隔震層下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)四個(gè)部分,。

圖2 現(xiàn)行抗規(guī)的分步設(shè)計(jì)法流程

抗規(guī)規(guī)范中對(duì)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(jì)的建筑，當(dāng)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(shí),，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(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì),。

圖3 抗規(guī)1.0.1基本的抗震設(shè)防目標(biāo)

按照抗規(guī)的分步設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是通過(guò)時(shí)程分析確定減震系數(shù),，抗震規(guī)范分步設(shè)計(jì)法在實(shí)際設(shè)計(jì)中存在以下方面的缺點(diǎn)：

（1）隔震層、上下部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)要分別建模計(jì)算及設(shè)計(jì),、驗(yàn)算,；

（2）要多次建模，比較繁瑣,；

（3）減震系數(shù)的確定對(duì)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(shí)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(duì)應(yīng)烈度

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

隔標(biāo)提高了隔震結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo),，設(shè)防三目標(biāo)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(yán)重影響,。極罕遇地震：結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件不嚴(yán)重破壞倒塌，設(shè)備經(jīng)修理可繼續(xù)使用,?？筛爬椋骸爸姓鸹静粔模笳鹂尚?，巨震不倒”,。隔標(biāo)對(duì)隔震結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)的要求，將使我國(guó)建筑地震安全性大幅提高,，使我國(guó)地震安全面貌大改觀,。

圖6 隔標(biāo)1.0.3條

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

圖7 隔標(biāo)3.1.3條

隔標(biāo)對(duì)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(shí)程分析法,。對(duì)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(jì)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(duì)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(shí)程分析法,。

隔標(biāo)在直接分析法中面臨的幾個(gè)問(wèn)題，如：隔震層在設(shè)防烈度地震作用下即進(jìn)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(biāo)中都提供了對(duì)應(yīng)的解決方案。

振型分解反應(yīng)譜分析應(yīng)進(jìn)行合理的等效線性化,，時(shí)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(dāng)隔震層阻尼比比較大,、或同時(shí)采用了阻尼器裝置時(shí)。罕遇,、極罕遇地震作用驗(yàn)算時(shí)應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)非線性,。

●  隔標(biāo)對(duì)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出的應(yīng)對(duì)方案有：

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

（2）通過(guò)剛度,、阻尼比迭代實(shí)施局部非線性的等效線性化,；

（3）以局部非線性時(shí)程分析為中震設(shè)計(jì)階段提供包絡(luò)補(bǔ)充；

（4）罕遇,、極罕遇地震整體彈塑性動(dòng)力時(shí)程評(píng)估驗(yàn)算分析,。

隔標(biāo)還提出了對(duì)隔震結(jié)構(gòu)的地震作用計(jì)算及對(duì)隔震結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的相關(guān)細(xì)節(jié)、隔震支座及隔震構(gòu)造細(xì)節(jié),；對(duì)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(jì)要點(diǎn)做了詳細(xì)要求等,。

隔標(biāo)與抗規(guī)兩本規(guī)范對(duì)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求,，有以下不同點(diǎn)：

（1）抗震性能目標(biāo)要求不同。抗規(guī)對(duì)隔震結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)要求高于基本設(shè)防目標(biāo)（小震不壞,、中震可修,、大震不倒），隔標(biāo)對(duì)隔震結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)為“中震基本不壞,，大震可修,，巨震不倒”。

（2）設(shè)計(jì)方法不同,?？挂?guī)采用分步設(shè)計(jì)法，隔標(biāo)采用直接設(shè)計(jì)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(jì),，按照小震設(shè)計(jì),，隔標(biāo)對(duì)上部結(jié)構(gòu)直接按照中震設(shè)計(jì)，中震設(shè)計(jì),，概念明確,，與構(gòu)造要求一致，與國(guó)際接軌,。

（4）隔標(biāo)對(duì)隔震結(jié)構(gòu)采用性能化設(shè)計(jì),。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(biāo)準(zhǔn)，有利于貫徹強(qiáng)柱弱梁,、強(qiáng)剪弱彎,、裂而不倒等目標(biāo)。

（5）地震作用計(jì)算時(shí)的地震影響系數(shù)曲線不同,?？拐鹨?guī)范采用四段反應(yīng)譜，隔標(biāo)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(biāo)要求,，在極罕遇地震作用下,，對(duì)特殊設(shè)防類建筑尚應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)及隔震層變形驗(yàn)算。

（7）隔標(biāo)提出了對(duì)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)程分析為中震設(shè)計(jì)階段提供包絡(luò)補(bǔ)充,。當(dāng)阻尼大于等于15%時(shí),，若不考慮復(fù)振型，已不合理,，也不安全,。

（8）隔標(biāo)取消了對(duì)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(duì)隔震層上部結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)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(jí),，隔標(biāo)是直接按照結(jié)構(gòu)體系及烈度確定抗震等級(jí)。

（10）隔標(biāo)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(duì)驗(yàn)算的相關(guān)限值做了不同的規(guī)定。

（11）隔標(biāo)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(jì)；同時(shí)增加了既有建筑與歷史建筑隔震加固設(shè)計(jì),、村鎮(zhèn)低矮房屋簡(jiǎn)易隔震設(shè)計(jì)等,。

隔標(biāo)與抗規(guī)兩本規(guī)范對(duì)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，有以下相同點(diǎn)：

（1）對(duì)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(duì)隔震層上部不論是小震設(shè)計(jì)還是按照中震設(shè)計(jì),，都要按照正常的抗震規(guī)范的相關(guān)要求進(jìn)行對(duì)應(yīng)的調(diào)整,，比如強(qiáng)柱弱梁,、強(qiáng)剪弱彎等調(diào)整,。

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

（4）對(duì)隔震支座性能試驗(yàn)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(yàn),、耐久性試驗(yàn)）等基本一致。

（5）對(duì)于隔震層下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求相同,?？拐鹨?guī)范和隔標(biāo)對(duì)隔震層下部結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行罕遇地震作用下構(gòu)件承載力的驗(yàn)算。

PKPM-GZ軟件與隔標(biāo)主編單位廣州大學(xué)工程抗震研究中心合作研發(fā),，是目前配套隔標(biāo),，最完整全面反映標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)計(jì)算軟件，為解決隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程的復(fù)雜性的行業(yè)痛點(diǎn),，致力于降低技術(shù)門檻,，推廣隔震技術(shù)應(yīng)用。軟件全面深入實(shí)現(xiàn)最新《建筑隔震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,，同時(shí)支持按現(xiàn)行抗震規(guī)范方法設(shè)計(jì),。可以實(shí)現(xiàn)按照抗規(guī)“水平向減震系數(shù)法”的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),，也可以按照隔標(biāo)要求的“整體分析設(shè)計(jì)法”進(jìn)行設(shè)計(jì),。

圖8 隔震軟件隔震設(shè)計(jì)時(shí)相關(guān)參數(shù)選擇

●  針對(duì)隔震結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，軟件提供專業(yè)的分析功能：

（1）基于復(fù)模態(tài)分析的振型分解反應(yīng)譜法（CCQC）計(jì)算地震作用,；

（2）自動(dòng)迭代計(jì)算支座等效剛度和阻尼比,；

（3）快速非線性時(shí)程分析（FNA）。

●  同時(shí)PKPM-GZ軟件繼承SATWE強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力：

（1）“一鍵”進(jìn)行多模型自動(dòng)計(jì)算,、深入實(shí)現(xiàn)規(guī)范要求,；

（2）提供標(biāo)準(zhǔn)化的隔震支座數(shù)據(jù)庫(kù)；

（3）智能化自動(dòng)生成隔震支座布置方案,；

（4）自動(dòng)進(jìn)行隔震和非隔震,，中震和大震的多模型計(jì)算；

（5）自動(dòng)進(jìn)行水平向減震系數(shù)計(jì)算,；

（5）自動(dòng)進(jìn)行下支墩設(shè)計(jì),；

（6）一鍵計(jì)算，自動(dòng)生成隔震結(jié)構(gòu)計(jì)算書,；

圖9 一鍵生成隔震結(jié)構(gòu)計(jì)算書

圖10 PKPM軟件自動(dòng)生成的隔震結(jié)構(gòu)計(jì)算書