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【JY】这个房子应该做抗震or减隔震？

建源之光

11月前浏览4452

一个问题的引出

有一个有趣的问题，你家如果在处于地震带高烈度地区的村子里有一块地可盖房子，你会用什么技术建造呢？（村镇建筑建造~）

抗震 or 减隔震？

正文

对于这个问题，呼声最高的是隔震技术，但抗震技术真的比隔震技术差么？

那既然是村镇建筑，以一座实际的村镇建筑（沿海地区可能略豪）为例，对房子进行两种结构类型的设计，看下这两者的结构性能的对比。

基于强度的抗震设计（基本满布剪力墙+开洞）
隔震设计

（上述二者都是C30混凝土结构~ ）

注意：算例可能存在一定特殊性，也可以反映一些问题。算例不考虑构造、施工工艺等带来的非计算问题。

隔震结构采用的是如下表的LRB500进行设计（换成摩擦摆也可以），上部结构采用的是600×600的柱子，屈服后周期为2.9s。（考虑了360mm宽的隔震沟）

抗震结构采用的是80mm的墙（可能有点薄~薄如楼板了），是剪力墙结构，并且对门窗洞口进行开洞处理。

我猜大家很关心的一点就是，剪力墙抗震结构的材料用量对比隔震结构是不是用的很多？有点胜之不武？？

那就统计下~（数据统计来源YJK）

抗震结构统计

构件	混凝土用量(m^3)	钢筋用量(t)
墙	165.16	6.56
端柱	23.95	0.00
梁	127.39	21.40
楼板	169.32	18.05
合计	485.82	46.01

抗震结构混凝土详细统计：

层号	墙	柱	梁	楼板	按构件求和
1	37.33	4.75	16.75	22.08	80.91
2	19.13	2.82	16.98	22.08	61.01
3	19.13	2.82	16.98	22.08	61.01
4	19.13	2.82	16.98	22.08	61.01
5	19.13	2.82	16.98	22.08	61.01
6	19.13	2.82	16.98	22.08	61.01
7	21.14	2.82	16.15	27.27	67.38
8	11.03	2.30	9.60	9.58	32.51
合计	165.15	23.97	127.40	169.33	485.85

抗震结构钢筋详细统计：

层号	梁	墙	楼板	按构件求和
1	2.56	2.15	2.44	7.15
2	3.00	0.72	2.44	6.15
3	3.00	0.64	2.44	6.08
4	3.00	0.63	2.44	6.07
5	3.00	0.63	2.44	6.07
6	2.82	0.63	2.44	5.89
7	2.43	0.61	2.43	5.47
8	1.58	0.55	1.00	3.13
合计	21.40	6.56	18.05	46.01

隔震结构统计

构件	混凝土用量(m^3)	钢筋用量(t)
墙	0.00	0.00
柱	141.82	23.80
梁	118.45	20.46
楼板	197.10	19.80
合计	457.37	64.06

隔震结构混凝土详细统计：

层号	柱	梁	楼板	按构件求和
隔震层	20.48	20.14	32.03	72.65
1	24.19	13.3	21.35	58.84
2	14.34	12.94	21.44	48.72
3	14.34	12.94	21.44	48.72
4	14.34	12.94	21.44	48.72
5	14.34	12.94	21.44	48.72
6	14.34	12.94	21.44	48.72
7	14.34	12.94	27.2	54.48
8	11.14	7.39	9.31	27.84
合计	141.85	118.47	197.09	457.41

隔震结构钢筋详细统计：

层号	梁	柱	楼板	按构件求和
隔震层	2.2	5.58	2.44	10.22
1	2.83	3.93	2.29	9.05
2	2.54	2.11	2.36	7.02
3	2.54	2.09	2.36	7
4	2.54	2.09	2.36	7
5	2.54	2.09	2.36	7
6	2.07	2.09	2.36	6.52
7	2.16	2.11	2.32	6.59
8	1.04	1.69	0.95	3.68
合计	20.46	23.8	19.8	64.06

综合比较

综合比较	抗震结构	隔震结构
混凝土(m^3)	485.82	457.37
钢筋(t)	46.01	64.06

混凝土和钢筋接近，并且没统计隔震结构的隔震支座、填充墙，这是让我始料未及的，估计是剪力墙厚度比较薄吧，那接下来我们直接计算分析看下性能。

计算分析

整个计算打开了P-Δ效应，从400Gal（8度罕遇）开始算起（太小的地震加速度会搞得看不起这两参赛选手），两位选手分别历经：400Gal、600Gal、800Gal、1000Gal、1500Gal，看下二者性能的对比。（采用的地震波：场地特征周期Tg = 0.35s的人工波）

塑性铰采用统一的性能评价：

立即使用（IO）：通过限制结构损伤(例如，钢的屈服、混凝土的显著开裂和非结构损伤)实现本质上的弹性行为。(绿色铰显示)
生命安全（LS）：限制结构和非结构部件的损坏，以尽量减少受伤或伤亡的风险，并保持重要的流通路线的可达性。(蓝色铰显示)
防止倒塌（CP）：通过限制结构变形和力以显著强度和刚度退化的开始，确保部分或全部建筑物倒塌的小风险。(红色铰显示)

篇幅原因，不展示具体的计算内容。直观看铰状态、后续有兴趣的朋友可以增加做易损性分析。

具体的性能化内容，这里不再过多赘述，可看以下推文，可在平台搜索框搜索：

【JY】基于性能的抗震设计浅析（一）

【JY】基于性能的抗震设计浅析（二）

【JY】浅析基于性能的抗震分析方法——性能设计

【JY|体系】结构概念设计之(结构体系概念)

【JY|理念】结构概念设计之(设计理念进展)

【JY】ETABS与Perform3D弹塑性分析功能对比示例

【JY】ETABS中剪力墙的弹塑性行为模拟和评价

结果对比（结论仅限于本算例）

400Gal：

可以看出两个结构都可以很好的历经400Gal的地震，未出现任何塑性铰。

600Gal：

可以看出抗震的结构可以很好的历经600Gal的地震，未出现任何塑性铰，而这个隔震的结构在底部出现轻微损伤的塑性铰。

800Gal：

始料未及，抗震的结构可以很好的历经800Gal的地震，未出现任何塑性铰。而该隔震的结构在底部出现较严重的塑性铰。

1000Gal：

抗震的结构可以很好的历经1000Gal的地震，出现开始了塑性铰。而该隔震的结构在底部出现较严重的塑性铰，甚至可以说倒塌。

1500Gal：

可能一下子跨度比较大，增加到了1500Gal，两个结构都历经了地球上可能不存在的地震强度，二者都倒塌。

一些体会分享

1、其实不同评价标准或不同软件计算得到二者的性能评估会存在一些差异，但基本可以看得到，采用强度设计的剪力墙结构和隔震结构都具有较好的抗震性能。
2、村镇建筑采用抗震体系时，建议可以取消框架结构，直接采用剪力墙结构，从材料方面几乎等同，且能改善或不再存在弱柱强梁的问题。

即：建议抗震不要采用框架结构体系！

3、根据惯性矩公式，将柱子等面积更替为墙能使得混凝土材料的发挥到极致。对80mm薄墙具体的力学性能（如稳定性）和便携的施工工艺是村镇建筑值得探究的问题。

4、若将上述两个结构进行组合，剪力墙隔震结构，增加了些许的材料，结构的性能将会大幅度的提升！
5、隔震技术是好技术，但目前尚在推广之中，短期内难以辐射推广到村镇之中，采用基于强度设计理念的剪力墙结构进行过度是一种好的技术过度措施。
6、采用当前的隔震技术应用仍然处于初步阶段，尚在线性体系或弱非线性体系中进行设计，导致存在较大隔震位移，需要对隔震沟进行设计，使得相比抗震体系的结构小一圈。
7、隔震结构采用(等效)线性体系估计中震偏心率控3%，这种做法可能比较鸡肋。因为隔震支座极易在地震下启动，刚度是在瞬时在屈服前、屈服后进行转换。
建议要么严控偏心，即保证屈服前刚度、屈服后刚度都满足偏心率3%甚至数值放宽。
要么直接不控隔震层偏心率，目前大部分隔震结构都做了性能评估，只要获取隔震结构的性能，不控制也无妨。毕竟隔震支座（如橡胶支座）是具有良好的扭转性能的，且扭转模态带来的效果可减小隔震结构水平位移响应，降低隔震结构与隔震沟碰撞的概率。
8、对于摩擦摆结构底部需要采用一样尺寸的摩擦摆，可直接不必验算偏心率，自动满足。采用不同摆半径的摩擦摆支座，会造成在地震中竖向变形差导致竖向力重分配，需要谨慎复核。