PKPM+SAUSG聯(lián)合應(yīng)用：減隔震設(shè)計一體化解決方案

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一、減震、隔震技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

相比于傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)，對于新建建筑采用減震隔震技術(shù)可以明顯提高結(jié)構(gòu)抗震安全度，對于既有建筑采用減震、隔震技術(shù)進(jìn)行抗震加固，可以減少對原結(jié)構(gòu)的改動，簡化施工，降低造價。

我國自《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2002）起已經(jīng)增加了減震、隔震設(shè)計的相關(guān)規(guī)定，2013年發(fā)布了《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》（JGJ297—2013）。2021年又發(fā)布了《建筑隔震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》。近年來減震、隔震設(shè)計已經(jīng)比較多地應(yīng)用于新建多高層建筑和既有建筑的改造加固中。消能裝置、隔震支座也由過去的主要依賴進(jìn)口轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅渴褂脟a(chǎn)。

特別是，2021年國務(wù)院頒布實施《建設(shè)工程抗震管理條例》以后，對“兩區(qū)、八類”建筑提出了“震時正常使用設(shè)計”的要求，同時要求在這些建筑中采用隔震或消能減震技術(shù)。為配合《建設(shè)工程抗震管理條例》的實施，有關(guān)科研單位編制了配套的“震時正常使用設(shè)計導(dǎo)則”，北京、云南、河北等地也編制了消能減震方面的地方標(biāo)準(zhǔn)。可以說減震、隔震技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，在未來的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中將大量應(yīng)用。

二、PKPM+SAUSG減震聯(lián)合解決方案的特點

PKPM-JZ、PKPM-GZ和PKPM-SAUSG減隔震模塊是中國建筑科學(xué)研究院研發(fā)的設(shè)計單位廣泛使用的減震、隔震設(shè)計和分析軟件。

最新版本的PKPM-JZ實現(xiàn)了消能減震結(jié)構(gòu)的快捷建模、快速分析和性能化設(shè)計，PKPM-GZ全面實現(xiàn)了《建筑隔震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的復(fù)模態(tài)分析和基于中震的設(shè)計要求。PKPM-SAUSG可以準(zhǔn)確高效的完成考慮所有構(gòu)件非線性的地震響應(yīng)分析。

上述產(chǎn)品形成的整體解決方案可以提供隔震和消能減震計算中需要的各方面分析設(shè)計能力，是市面上最成熟可靠的減、隔震分析設(shè)計軟件。

PKPM-JZ和PKPM-GZ分析設(shè)計緊密結(jié)合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

PKPM-JZ和PKPM-GZ的分析設(shè)計功能緊密結(jié)合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，具有以下特點：

（1）簡明高效的輸入減震裝置和隔震支座，并能快速準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)入SAUSG中。提供了大量推薦性標(biāo)準(zhǔn)和常用廠家的減隔震裝置力學(xué)參數(shù)。

（2）快速估算和調(diào)整減震和隔震方案。PKPM-GZ提供基于復(fù)模態(tài)分析的迭代反應(yīng)譜方法，自動生成和計算隔震和非隔震模型，從而快速給出隔震結(jié)構(gòu)的底部剪力比。PKPM-JZ實現(xiàn)了《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》給出的基于反應(yīng)譜法自動迭代計算等效阻尼比和等效剛度功能，也可以給出基于直接積分法和FNA方法的計算結(jié)果。

（3）詳細(xì)實現(xiàn)了《建筑隔震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》和《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術(shù)導(dǎo)則》以及云南省地方標(biāo)準(zhǔn)的性能化設(shè)計要求，自動進(jìn)行多性能水準(zhǔn)模型的生成、計算和結(jié)果包絡(luò)。

SAUSAGE非線性分析準(zhǔn)確、可靠、高效

SAUSAGE是目前國內(nèi)僅有的真正具備與ABAQUS同樣的“精細(xì)網(wǎng)格非線性有限元”、“顯式積分算法”和“并行計算能力”三大特性，并在大量實際工程中“背靠背”對比驗證過的非線性軟件。國際上也只有幾個大型通用非線性有限元軟件擁有類似能力。

SAUSAGE不是通用非線性有限元軟件，而是聚焦在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的非線性方法應(yīng)用，實現(xiàn)了大量的結(jié)構(gòu)工程專業(yè)特色需求。SAUSAGE可以無縫接力PMCAD中所有的消能器單元和連接單元，并提供了PMCAD中相似的參數(shù)化消能建模方式及更豐富的一般連接單元。

SAUSAGE采用了顯卡的GPU并行計算技術(shù)，其單機計算效率，在相同自由度下相對ABAQUS提高了5~10倍，比其他常用的粗網(wǎng)格隱式非線性軟件也要快2~3倍。SAUSAGE中進(jìn)行方便快速的動力時程分析，可以自動給出基于時程分析結(jié)果的結(jié)構(gòu)附加阻尼比，一般連接的滯回曲線及時程位移內(nèi)力等結(jié)果，便于設(shè)計人員對減震結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震驗算及附加阻尼比計算。

三、PKPM+SAUSG減隔震產(chǎn)品使用流程

下面以某設(shè)置消能減震裝置的框架結(jié)構(gòu)為例，介紹聯(lián)合使用PKPM+SAUSG進(jìn)行減震結(jié)構(gòu)建模、分析和設(shè)計的流程。

PKPM中建立減隔、隔震模型

首先從PKPM-JZ模塊入口進(jìn)入建模程序，依據(jù)經(jīng)驗在PM中輸入非減震模型。

完成主體結(jié)構(gòu)建模后，點擊ribbon菜單中的消能器菜單，定義兩個主軸方向使用的消能器型號，并逐層布置到主體結(jié)構(gòu)的相應(yīng)跨。

PKPM中快速進(jìn)行方案試算和調(diào)整

進(jìn)入PKPM-JZ模塊進(jìn)行初步的方案試算，PKPM-JZ中可以自動進(jìn)行基于反應(yīng)譜迭代的附加阻尼比計算，也可以進(jìn)行集成的快速非線性和直接積分法時程分析。通過試算，初步確定減震方案和初步的配筋。

SAUSG中進(jìn)行彈塑性分析驗證方案

在上部Ribbon菜單中切換到SAUSG-減震模塊，如果當(dāng)前計算機尚未安裝此程序，程序會自動鏈接到下載網(wǎng)址下載并自動安裝到PKPM目錄下。

在已經(jīng)安裝的前提下，點擊SAUSG-減震，會自動啟動SAUSG-減震程序，用戶首先導(dǎo)入PKPM模型，確認(rèn)阻尼裝置參數(shù)的正確性。進(jìn)而進(jìn)行時程分析，驗證當(dāng)前方案的減震效率，阻尼器的最大出力，附加阻尼等等信息。

PKPM中進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)和構(gòu)件設(shè)計

通過在PKPM-JZ中的試算和SAUSG中的仿真驗證，可以確定減震裝置的基本參數(shù)和布置情況，此時可以返回PKPM進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)的計算和構(gòu)件承載力的詳細(xì)設(shè)計。PKPM-JZ支持目前常用的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)則，如下圖所示。

目前結(jié)構(gòu)的整體指標(biāo)控制和構(gòu)件詳細(xì)設(shè)計仍主要基于振型分解反應(yīng)譜法，此時可以選擇采用PKPM-JZ迭代確定的附加阻尼和剛度，也可以選擇讀入SAUSG計算的等效線性屬性。并根據(jù)實際情況對附加阻尼考慮一定的折減系數(shù)。

特別需要指出的是，不同的地震作用水準(zhǔn)將產(chǎn)生不同的阻尼器等效剛度和等效阻尼系數(shù)，因此在性能設(shè)計的過程中，可以在PKPM-JZ中自動生成多個性能模型，并進(jìn)行初步計算，再分別進(jìn)入中震模型和大震模型設(shè)置不同的加速度激勵進(jìn)行SAUSG計算，這樣在中震和大震的承載力計算中可以分別讀取不同的等效剛度和等效阻尼。如果SAUSG計算的等效屬性與JZ模塊接近，則也可以直接使用迭代反應(yīng)譜法結(jié)果，通過附加阻尼折減系數(shù)適當(dāng)調(diào)整。

注意，如果完成了每個模型下的SAUSG分析，則在進(jìn)行多模型配筋包絡(luò)計算時，要在是否更新模型下面選擇否，如果選是會刪除已有的SAUSG計算結(jié)果。