隔震层消能器震害表现
隔震层中消能器在实际震害中的表现有好有坏。凡是在震害中表现良好的隔震结构，我们都不大会过多关注隔震层中的消能器，都会认为此时的消能器已达到有效耗能、复位结构等预期设计目标。震害是最好的老师，一旦出现隔震层消能器在震害下表现不佳情况，就会促进我们对其进行更加深入的思考。先来看一看隔震层消能器在震害中表现不佳的案例，下图为2022年9月5日泸定6.8级地震中甘孜州燕子沟镇某学校的行政楼隔震层消能器破坏情况（照片转自哲设计公众号，作者曲哲）：
可以看出，此结构隔震层消能器在地震作用下发生了自身或连接等方面的问题，未按设计预期发挥应有作用。如果我们只是简单地将问题归结为消能器产品和节点设计、施工质量问题，那是不够的。如下问题值得深入思考：
1）隔震层中布置消能器能起到哪些作用？
2）隔震层中不布置消能器会有多大影响？
3）隔震层中的消能器应该如何改进设计？
消能器对隔震沟宽度的影响
隔震层中的消能器对地震能量耗散和隔震结构地震后复位均有一定作用。作用有多大呢？我们用实际算例来说明：
（本文算例由辛业文提供，采用SAUSG软件计算）
某剪力墙隔震结构，结构高度21.9米，地震烈度9度（0.40g），场地分组第III组，底层每根柱底布置共计30个叠层橡胶隔震支座，外围布置共计26个铅芯橡胶隔震支座，此外布置了23个速度型消能器，结构模型及平面布置如下图所示：
罕遇地震天然波和人工波作用下的结构Y向楼层位移及层间位移角如下图所示，其中“减隔震”为保留消能器工况，“隔震”为删除消能器工况：
从本文算例结果，可以看出：
1) 在天然波Loma作用下，删除消能器后隔震层最大位移为0.90m，保留消能器的隔震层最大位移为0.65m，消能器可减小隔震层位移0.25m；在人工波RH2作用下，删除消能器后隔震层最大位移为0.89m，保留消能器的隔震层最大位移为0.79m，消能器可减小隔震层位移0.10m；
2) 在天然波Loma作用下，删除消能器后上部结构最大层间位移角为1/422，保留消能器的上部结构最大层间位移角为1/541；在人工波RH2作用下，删除消能器后上部结构最大层间位移角为1/326，保留消能器的上部结构最大层间位移角1/368；有无消能器时，均满足《建筑隔震设计标准》GB51408-2021中罕遇地震1/250层间位移角限值的规定。
罕遇地震天然波和人工波作用下，隔震层A点处Y向位移时程曲线如下：
未看出消能器对隔震上部结构的振动往复次数和复位产生显著影响。
当隔震层中布置了消能器，按照《建筑隔震设计标准》GB/T 51408-2021的规定，需要采用反应谱迭代或非线性动力时程分析进行设计。如果采用反应谱方法，由于消能器的存在，结构实振型将不再对阻尼具有的正交性，需要采用复杂的复振型分解反应谱法（后面的文章对复振型分解反应谱法将做进一步的深入讨论），且需要多次等效线性化迭代才能完成隔震结构设计，这会明显增加隔震结构的设计复杂性和设计结果的近似性。
如果隔震层中没有布置消能器，也没有布置铅芯橡胶支座，只是布置了普通橡胶支座，那么由于普通橡胶支座的力学模型接近于线性弹簧，隔震结构的分析设计方法与普通抗震结构将没有太大区别，采用通常的振型分解反应谱方法即可。沿此思路，即使隔震层布置了消能器，能否按照普通结构的振型分解反应谱法进行设计呢？给出隔震结构方便且安全的简化设计方法是否更加有利于隔震结构的推广应用呢？
当隔震层中存在消能器时，可从如下两种思路中选择一种进行隔震结构设计：
1）简化设计。分析时忽略隔震层中消能器作用，所有隔震支座采用线弹性刚度，通过振型分解反应谱法得到包括隔震层构件在内所有结构构件的分析设计结果。根据设计预期增加的阻尼比和实际经验通过估算确定隔震层消能器类型与数量即可，消能器只作为附加的安全冗余，不必进行详细设计，消能器与主体结构连接按照消能器型号采用标准构造即可。此简化设计结果虽然准确性差一些，但可做到实现方法简单、结果保守。
2）精细化设计。如希望进行隔震结构的精细化设计，则应采用更加仿真的非线性动力分析方法进行主体结构构件、隔震层构件及消能器的设计与验算。
本文通过对隔震结构隔震层中消能器的震害表现、实际作用及设计方法的讨论，得出如下结论：
1）隔震结构的隔震层中不是必须布置消能器，消能器确会影响隔震结构响应，但没有消能器对隔震效果并不产生决定性影响；
2）消能器的存在会增加隔震结构的设计复杂性，并可能导致一定程度的计算结果近似性；
3）隔震结构既可采用简化设计方法，也可采用精细化设计方法，均值得继续深入研究和推广应用。
一句话总结：
隔震层中不是必须布置消能器；适当增加隔震沟宽度，分析时不考虑消能器作用也是可以的。
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