《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》JGJ 297-2013第6.4.2條規(guī)定：消能子結(jié)構(gòu)中梁、柱、墻構(gòu)件宜按重要構(gòu)件設(shè)計(jì)，并應(yīng)考慮罕遇地震作用效應(yīng)和其他荷載作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)，其值應(yīng)小于構(gòu)件極限承載力。

消能減震子結(jié)構(gòu)真的需要做到“大震彈性”嗎？做不到會(huì)怎樣？如何進(jìn)行減震子結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)？本文將對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行討論。

算例1：速度型消能器減震結(jié)構(gòu)

某框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)高度22.5米，地震烈度7度，場(chǎng)地分組第I組，結(jié)構(gòu)三維模型及首層平面圖如下所示：

可以看出，保留消能器工況的減震子結(jié)構(gòu)內(nèi)力均小于刪除消能器工況內(nèi)力結(jié)果。

算例2：位移型消能器減震結(jié)構(gòu)

某框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)高度10.5米，地震烈度8度，場(chǎng)地分組第II組，結(jié)構(gòu)三維模型及首層平面圖如下所示：

可以看出，除部分軸力外，保留消能器工況的減震子結(jié)構(gòu)內(nèi)力普遍小于刪除消能器工況內(nèi)力結(jié)果。

通過(guò)上面兩個(gè)算例分析可以看出，增加消能器并未普遍增大減震子結(jié)構(gòu)內(nèi)力，原因如下：

1、消能器存在“阻尼力”，減震子結(jié)構(gòu)內(nèi)力會(huì)疊加該“阻尼力”；

2、消能器會(huì)降低整體結(jié)構(gòu)地震作用下的響應(yīng)，也包括減震子結(jié)構(gòu)內(nèi)力；

3、上述兩種原因疊加，使得減震子結(jié)構(gòu)的內(nèi)力增減并不一定。

對(duì)算例1進(jìn)行大震分析，“減震子結(jié)構(gòu)彈性”工況為強(qiáng)制減震子結(jié)構(gòu)保持彈性，“減震子結(jié)構(gòu)彈塑性”工況中減震子結(jié)構(gòu)可考慮彈塑性。

層間位移角對(duì)比如下：

典型消能器滯回耗能對(duì)比如下：

“減震子結(jié)構(gòu)彈性”工況結(jié)構(gòu)損傷圖如下：

“減震子結(jié)構(gòu)彈塑性”工況結(jié)構(gòu)損傷圖如下：

可以看出，比較減震子結(jié)構(gòu)發(fā)生中度損傷與強(qiáng)制減震子結(jié)構(gòu)保持彈性，無(wú)論阻尼器的耗能、附加阻尼比、結(jié)構(gòu)的整體位移響應(yīng)均未產(chǎn)生較大變化。

將算例1的地震烈度提高到8度，層間位移角對(duì)比如下：

“減震子結(jié)構(gòu)彈性”工況能量圖如下，消能器附加阻尼比為2.9%：

“減震子結(jié)構(gòu)彈性”結(jié)構(gòu)損傷如下：

“減震子結(jié)構(gòu)彈塑性”結(jié)構(gòu)損傷如下：

典型消能器滯回耗能曲線對(duì)比如下：

可以看出，當(dāng)?shù)卣鹱饔幂^大、結(jié)構(gòu)損傷較嚴(yán)重時(shí)：

1、對(duì)減震子結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)（保持彈性），確實(shí)可以顯著降低結(jié)構(gòu)的整體響應(yīng)和損傷；

2、對(duì)減震子結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)（保持彈性），消能器的耗能會(huì)明顯減小。

通過(guò)上面兩個(gè)現(xiàn)象可知：

加強(qiáng)減震子結(jié)構(gòu)，確可減小整體結(jié)構(gòu)響應(yīng)和損傷，但減小的原因并非源于消能器的耗能能力，而是減震子結(jié)構(gòu)的剛度增加。

針對(duì)本文的算例分析，可以得出如下結(jié)論：

1、消能器的存在，并未普遍增大減震子結(jié)構(gòu)內(nèi)力；

2、減震子結(jié)構(gòu)即使發(fā)生一定損傷，只要保持足夠延性，消能器仍可較好發(fā)揮耗能作用；

3、對(duì)減震子結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)，增大了結(jié)構(gòu)剛度，整體結(jié)構(gòu)響應(yīng)和損傷可以減小，但消能器耗能也將隨之減小，這與期望的消能減震設(shè)計(jì)思路并不一致。

一句話總結(jié)：

減震子結(jié)構(gòu)沒(méi)必要進(jìn)行過(guò)分加強(qiáng)設(shè)計(jì)，保持恰當(dāng)?shù)难有约纯杀ＷC消能器正常發(fā)揮減震耗能作用。