🏢建筑抗震模拟 - 模态分析、反应谱、基础隔震、调谐质量阻尼器

如何使用建筑抗震与阻尼器

1. 1选择预设（3 层、10 层、30 层、薄弱底层、台北 101 近似）或自己设层数、质量、刚度和阻尼
2. 2在「模态分析」里查看前几阶振型动画、周期和有效质量
3. 3在「地震时程」选地震类型、场地和 PGA，播放或拖动曲线查看任意时刻的变形
4. 4在「反应谱与共振」对比不同场地的谱峰与楼的周期，点「1985 墨西哥城」看共振如何放大
5. 5在「基础隔震」「调谐质量阻尼器」调隔震周期或质量比，比较加速度、层间位移与频响

常见问题

为什么 1985 年墨西哥城地震中主要是中等高度的楼倒塌？

墨西哥城建在古湖床的软黏土上，土层卓越周期约 2 秒，把这一周期附近的地震波放大了好几倍，还持续摇晃了一两分钟。6–15 层楼原本周期约 0.6–1.5 秒，开裂后刚度下降、周期变长，恰好落到 2 秒的谱峰上，越坏晃得越厉害。低矮的房子周期太短、很高的楼周期太长，都避开了这个峰值。

基础隔震为什么能减小地震作用？什么情况下不适用？

叠层橡胶支座水平刚度很低，把楼的周期从约 1 秒拉长到 2–4 秒，大多数地震在长周期段的谱加速度小得多，上部结构几乎整体平移，层间变形和楼面加速度都大幅下降，代价是隔震层要允许几十厘米位移。如果场地本身卓越周期就在 2 秒左右（如软土场地），拉长周期反而可能撞上谱峰，工具里可以直接看到这种放大。

调谐质量阻尼器（TMD）是怎样减振的？

在楼顶挂一块质量，调到与楼第一阶频率接近。楼摆动时它滞后约 90°，通过弹簧和阻尼器把振动能量吸过去耗散掉，原来尖锐的共振峰被分成两个矮峰。Den Hartog 给出的最优频率比 f = 1/(1+μ)、阻尼比 ζ = √(3μ/8(1+μ)³) 让两峰等高。它对风振这类窄频、持续的振动最有效，对短促的脉冲型地震效果有限。

层间位移角是什么，多大算危险？

层间位移角是相邻两层的水平相对位移除以层高，直接反映柱子和墙体的变形程度。对钢筋混凝土框架，大约小于 0.5% 基本完好，0.5–1% 隔墙开裂等轻微损坏，1–2% 中等到严重损坏，超过 2% 接近倒塌。工具里用颜色标出每层的当前值，并显示整个过程的最大值。

这里的计算和真实的抗震设计有什么差别？

模型是线弹性的剪切楼，每层只有一个水平自由度，不考虑弯曲变形、扭转、土与结构相互作用和构件屈服后的非线性；地震动是统计模型生成的人工波，不是实际记录；台北 101 只是按公开数据粗略构造的 20 质点模型。它适合理解周期、共振、隔震和 TMD 的原理，不能代替规范设计。