作者：曾德民、王斌、刘立德、祁海啸、王海萌

发表期刊：《工程抗震与加固改造》（Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting）

发表时间：2025年（第47卷第04期）

出版周期：双月刊

一、研究背景与研究出发点

随着《建设工程抗震管理条例》（国务院令第744号）的实施，医疗建筑作为震时应急救援的关键基础设施，其抗震性能要求已从传统的“大震不倒”提升至“设防地震下正常使用”。2020年，住房和城乡建设部发布了《基于保持建筑正常使用功能的抗震技术导则》（以下简称《导则》），为建筑在设防地震下保持正常使用功能提供了技术依据。

然而，目前依据《导则》设计的钢框架医疗结构的合理减震设计方案及相关的对比分析还有待深入研究。医疗建筑除需满足层间位移角限值外，对楼面水平加速度也有严格限制——设防地震下除顶层屋面板外，其他楼层不超过0.25g，罕遇地震下不超过0.45g。传统的单一减震方案（如仅设置BRB或仅设置VFD）往往难以同时兼顾位移控制和加速度控制的双重要求。

在此背景下，如何针对高烈度区钢框架医疗建筑的特点，通过不同减震方案的对比分析，寻求最优的减震设计策略，成为该研究的核心出发点。

二、工程案例与提升方案

2.1 工程概况

研究以某高烈度区的钢框架医疗建筑为工程案例。该建筑位于高烈度设防区域，属于典型的医疗建筑结构体系，采用钢框架结构形式。

2.2 性能目标

根据《导则》要求，该医疗建筑需满足“设防地震下正常使用”的性能目标，即在设防地震作用下，结构不仅要保证不倒塌，还要保持震后正常使用功能。具体控制指标包括：

• 层间位移角：需控制在规定限值以内
• 楼层加速度：需满足楼面水平加速度限值要求

2.3 三种减震方案

针对上述工程背景与性能目标，研究提出了3种减震方案以提高结构抗震性能：

方案一：BRB减震方案

仅设置屈曲约束支撑（Buckling Restrained Brace，BRB）。BRB是一种兼具支撑和耗能双重功能的减震构件，在弹性阶段为结构提供抗侧刚度，在弹塑性阶段通过核心单元的轴向拉压屈服耗散地震能量。

方案二：VFD减震方案

仅设置黏滞流体阻尼器（Viscous Fluid Damper，VFD）。VFD利用黏滞流体通过阻尼孔时产生的阻尼力来耗散地震能量，是一种速度相关型减震装置，对控制结构加速度响应具有显著效果。

方案三：BRB+VFD组合减震方案

同时设置BRB和VFD两种减震产品，将两类减震产品进行有机组合，发挥协同互补优势。BRB主要承担控制位移的任务，VFD主要承担控制加速度的任务，两者协同工作，共同实现位移与加速度的双控目标。

2.4 分析方法

研究采用ETABS分析软件，通过时程分析方法，对3种减震方案的地震动力响应进行系统对比。对比指标包括层间位移角、楼面水平加速度等关键设计参数。

三、提升方案对比分析

3.1 三种减震方案的综合对比

3.2 各方案特点分析

（1）BRB减震方案

BRB减震方案可有效控制结构的层间位移角，但较难控制楼层加速度。这是因为BRB主要通过提供刚度和耗能来限制结构变形，但其对加速度响应的控制效果有限。对于医疗建筑这类对加速度敏感的设施，单一BRB方案难以满足“设防地震正常使用”的全部要求。

（2）VFD减震方案

VFD减震方案可有效控制层间位移角和楼层加速度，在控制楼层加速度方面更具优势。这是由于VFD作为速度相关型阻尼器，对结构速度响应（进而对加速度响应）具有显著的抑制作用。然而，VFD在提供结构刚度方面不如BRB，对大变形控制的能力相对有限。

（3）BRB+VFD组合减震方案

BRB+VFD组合减震方案可有效控制层间位移角和楼层加速度，在控制层间位移角方面最具优势。该方案通过BRB承担位移控制任务、VFD承担加速度控制任务，实现了两种减震产品的功能互补。研究表明，组合减震方案在设防地震下未出现塑性铰，罕遇地震下仅少量构件出现塑性铰且其深度未超过“IO状态”（立即使用状态）。

四、研究结论与工程应用价值

4.1 主要结论

1. BRB方案适用于位移控制为主的结构：BRB减震方案可有效控制层间位移角，但在楼层加速度控制方面存在不足，难以满足医疗建筑对加速度指标的严格要求。
2. VFD方案在加速度控制方面优势突出：VFD减震方案在控制楼层加速度方面具有显著优势，可同时兼顾位移角和加速度的双重要求，但在大变形控制方面不如BRB。
3. 组合减震方案实现最优双控效果：BRB+VFD组合减震方案在控制层间位移角方面最具优势，同时也能有效控制楼层加速度，是实现医疗建筑“设防地震正常使用”目标的最优方案。组合减震方案在设防地震下未出现塑性铰，罕遇地震下仅少量构件出现轻微塑性铰。
4. 方案选择应基于具体控制目标：对于以位移角为控制目标的结构，BRB方案可作为优选；对于需同时严格控制位移和加速度的医疗建筑，BRB+VFD组合方案更具优势。

4.2 工程应用价值

• 为医疗建筑减震设计提供参考：研究系统地对比了BRB、VFD及组合减震方案在钢框架医疗建筑中的抗震性能差异，为钢结构减震结构设计提供了量化依据。
• 支撑《导则》的工程实践：该研究直接回应了《基于保持建筑正常使用功能的抗震技术导则》在实际工程中的应用需求，为《导则》在医疗建筑中的落地实施提供了具体的技术路径。
• 指导减震产品选型：研究明确了不同减震方案的优势与局限，为工程设计人员在BRB与VFD之间进行合理选型与组合配置提供了决策依据。
• 推动医疗建筑功能抗震理念落地：该研究将“设防地震下正常使用”这一性能目标从理论层面落实到具体的方案比选与参数控制中，对推动医疗建筑的功能抗震设计具有积极的实践意义。