摘要：一般来说，建在地面上的建筑物对地震作用有放大作用，对于自振周期Tg=0的绝对刚体，其地震影响系数α=0.45αmax，其中0.45=1/2.25），也就是说质点的振动加速度与地面加速度相等，没有放大。而对于Tg≥0的结构基本都有放大作用。类似的问题还反映在抗震规范4.1.8条局部突出地形的放大作用，要将建在孤立山丘、边坡边缘等不利地段的建筑也应乘以1.1~1.6的放大系数。同样，置于建筑物某楼层上的附属体系相对于某楼层的振动同样也有放大作用，如果说建筑物对地面振动为“一次放大”的话，则楼面对附属体系振动放大可称为“二次放大”。实际上，建筑物对地面震动不仅有放大作用，还有滤波作用。使楼层振动具有较明显的以构筑物基频为主的简谐振动特征，如果附属体系基本周期与建筑物基本周期相近，则将落入共振区，加大设备的地震作用。这一点与场地的卓越周期对建筑的影响也是相似的。
关键词：抗震设计；共振区；楼面反应谱；二次分析
地震时主结构与附属体系必然相互影响，影响主结构与附属体系相互作用强弱的因素包括：
1质量比：当附属与主系统楼层的质量比大于0.001时，附属系统对主系统相应楼层的反应有明显影响；
2周期比：当附属与主系统自振周期接近时，二系统将产生共振，出现“吸振器效应”，此时附属系统出现强烈振动，而主系统的反应大大减弱；
3非经典阻尼比：当二系统的阻尼特性不一致时，总系统具有非经典阻尼性质，在共振区的影响不容忽视；
4多质点激励：当附属系统在主系统不同楼层有支点时，不同支点的相互运动将通过附属系统进行变性协调，从而产生附加力。
涉及到附属体系地震作用计算内容的规范，除《建筑抗震设计规范》GB50011-2010外，还有《非结构构件抗震设计规范》JGJ339-2015、《建筑机电工程抗震设计规范》GB50981-2014、《工业企业电气设备抗震设计规范》GB50556-2010、《石油化工钢制设备抗震设计标准》GB/T50761-2018、《核电厂抗震设计规范》GB50267-97等。各本规范的总体思路与《建筑抗震设计规范》是一致的。当然，规范中有些内容是针对设备自身的抗震问题，这不是我们结构专业关心的问题。我们关心的是（1）设备与结构的连接（埋件、锚栓、直接支承构件）是否可靠，不致因设备的倾倒而产生次生灾害；（2）设备与结构耦联作用对主体结构产生的影响。
总体来看，规范关于附属体系地震作用计算方法有以下四类：整体模型法、楼面反应谱法、时程分析法、等效侧力法等简化计算法。如GB50011-2010-13.2.2规定“（1）一般情况下，非结构构件自身重力产生的地震作用可采用等效侧力法计算；（2）建筑附属设备（含支架）的体系自振周期大于0.1s且其重力超过所在楼层重力的1%，或建筑附属设备的重力超过所在楼层重力的10%时，宜进入整体结构模型的抗震设计，也可采用附录M.3节的楼面谱方法计算。其中，与楼盖非弹性连接的设备，可直接将设备与楼盖作为一个质点计入整个结构的分析中得到设备所受到的地震作用”。
1.1整体模型法
原则上，将附属体系与建筑物组成的总系统建立在同一模型进行整体分析，这样可同时考虑耦联等所有因素，这是最合理的计算方法，对抗震要求最为严格的《核电厂抗震设计规范》也规定“通常情况下，主体系与子体系宜进行耦联计算”。
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但这样做也存在一些问题。首先，建模工作量过于庞大，且构件及与主体的连接刚度很多情况下是无法模拟的，如砌体填充墙；此外，在技术层面上也有其缺陷，当附属体系的质量和刚度远小于建筑物的质量和刚度时，附属体系的计算结果精度将大为降低，得不到可靠的解；当主体结构、附属体系采用不同的材料其阻尼比相差较大时，其联合系统具有非经典阻尼性质。目前所有的抗震规范对地震作用计算方法都是针对比例阻尼这种情况。尽管关于非比例阻尼问题已出现很多的计算理论，但目前尚没有一种全面认可的计算方法，对于一些特定的组合结构，可采用等效综合阻尼法对非经典阻尼体系的阻尼进行简化，得到近似为比例阻尼的整体结构阻尼。如《钢管混凝土结构技术规范》GB50936-2014对不同的结构体系、梁的形式，不同的计算目的（风振、多遇地震、罕遇地震）采用不同的整体结构阻尼比，综合考虑各组成部分阻尼耗能的特点。对于结构上、下部分分别采用不同的结构材料，则难以确定出合理的单一整体结构阻尼比，这也就是之所以将下部为混凝土结构，上部采用钢结构加层的结构划归为超限结构，需要按规定对其方案作专家论证的原因。
总体来说采用的是整体模型法。但需要在计算中注意以下问题：
1.1.1刚度极大的卧式设备将其重力作为楼层荷载输入是可以的，而对于质心较高的立式设备如仍将其作为楼层荷载输入，则尚应进行二次分析，以考虑作用在其质心的地震力倾覆作用对支承构件的附加影响。之所以强调“刚度极大”，是因为此时不存在动力放大作用。见GB50011-13.2.2.1、13.2.2.3。
1.1.2对于刚度较小且质心较高的（如支架式）设备、槽罐，如仍将其重力按楼层荷载输入，则将遗漏楼层对设备的动力二次放大效应，其结果偏于危险。合理的做法是将其建入模型，模拟其刚度及质心高度，但可能遇到的实际困难问题之一是其阻尼比的差异如何在计算上解决。当然也可对设备采用简化法做二次分析或楼面反应谱法。
1.2楼面反应谱法
楼面反应谱是与地面反应谱相对应的一个概念。地面反应谱的定义是“在同一地震输入下，具有相同阻尼比的一系列单自由度体系反应（加速度、速度、位移）的绝对最大值与单自由度体系自振周期的关系”。楼面反应谱的定义为“对于给定的地震动，由结构中特定高程的楼面反应过程求得的反应谱”。楼面谱的优点是进行附属系统地震作用计算时，不再需要对总体系进行整体分析，以减少整体分析工作量。此外，可以根据实际情况调整阻尼比。
1.3时程分析法
时程分析法由于受到时程波的选取受主观判断因素的影响，使其在应用中受到限制。目前来看，我院涉及到的工程也未采用过该计算方法，但随着计算软件的发展以及弹塑性分析范围的扩大，我们必须掌握这个计算方法，将来一定会有这个需要。我这里所说的“时程分析法”并不是为了去计算附属系统，而是为了进行厂房整体分析这个目的。
设计建议
就我室当前情况看，对于非结构构件次生灾害最为严重的填充墙的拉接要求在标准模式的结构总说明中已有交待，设计中应当不会遗漏；对女儿墙是以尽量控制高度、与屋面整浇的钢筋混凝土女儿墙或增设支撑办法予以解决；对于布置在楼层上的设备、料仓设备类等的抗震问题重视程度不足。对于涉及到外专业的支架式大直径（大刚度）管道、塔式设备对支承结构的影响未作专门的整体分析，其设计可以说不是误差大造成结果失真，而是基本模型就是错误的，其计算结果是无效的。
对于支承在楼层上的设备，主体专业提资往往只是要求结构专业设置台座、埋件或锚固螺栓，且设备提资荷载一般仅包括设备（含保温）重和料重，当有振动时，再提一个动力系数。不包括风及地震作用，结构设计时要注意这个问题。曾经遇到过，塔式设备基础仅提供自重，结构便也按轴心受力进行设计的情况。设备本身的抗震能力由设备专业按设备抗震规范考虑，但从目前情况来看，设备并未考虑抗震问题。
论文作者:景立明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/9
标签：阻尼论文; 结构论文; 附属论文; 设备论文; 楼层论文; 作用论文; 体系论文; 《基层建设》2019年第25期论文;