两栋楼都是 N=5 层剪切型框架,层高 H=3.0 m,上部质量 M_F=1.0e5 kg/层;固定基础刚度 KS=1.5e8 N/m、阻尼比 6%;隔震层底板质量 M_B=1.5e5 kg、刚度 KB=4.1e6 N/m、阻尼比 20%。
半隐式欧拉多子步积分,DT=5e-4 s;两栋楼在同一时刻吃同一个加速度 a(t),不存在各自计时。
线性弹性剪切模型 + 线性等效支座,不含支座屈服/极限位移、不含扭转与竖向地震、不含土-结构相互作用。真实隔震支座在超过极限剪切应变后刚度会上翘,本模型不体现。
所有位移读数均为模型计算真实值;画面位移经过放大,仅用于肉眼观察,不可当作真实位移尺度。
| 量 | 符号 | 取值 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 楼层数 | N | 5 | 上部 5 个自由度(剪切型框架,每层一个平动自由度) |
| 层高 | H | 3.0 m | 层间位移角 = 层间相对位移 / H |
| 上部质量(每层) | M_F | 1.0e5 kg | 两栋楼相同,保证对比只有一个变量:隔震层 |
| 隔震层底板质量 | M_B | 1.5e5 kg | 隔震楼比固定楼多出的第 6 个自由度质量 |
| 上部层间刚度 | KS | 1.5e8 N/m | 5×5 三对角刚度矩阵,两栋楼相同 |
| 上部阻尼 | CS | 1.632930e6 N·s/m | = 2×0.06×KS/W1,按一阶 0.5700 s 标定 6% 阻尼 |
| 支座水平刚度 | KB | 4.1e6 N/m | 4 个支座等效为一个水平弹簧 |
| 支座阻尼 | CB | 6.6480e5 N·s/m | = 2×0.20×KB/WB,按一阶 2.5465 s 标定 20% 阻尼 |
| 积分步长 | DT | 5e-4 s | 每帧按 frameDt/DT 取整分子步(约 33 子步),半隐式欧拉 |
| 波采样率 | WAVE_FS | 400 Hz | 波表预先离散,运行时线性插值取值 |
| 合成波随机种子 | seed | 20261027 | LCG 伪随机,同种子必得同一条波(自测 8) |
| 损伤阈值 | — | 1/250 · 1/50 | 只有两档:绿 <1/250 ≤ 黄 <1/50 ≤ 红 |
| 视觉放大 | S | 70× | 仅楼层相对位移;支座剪切 3×、竖向压缩 30×、地面 6×,均在 HUD 标注 |
两栋楼共用同一个 a(t):主循环每帧只算一次地面加速度,然后按同一个子步长同时推进固定楼、隔震楼、(关开关时的)等效固定楼三个模型 —— 不存在各自计时,也不存在两栋楼吃到不同波的情况。
| # | 项目 | 判据 | 实测 | 结论 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 固定楼一阶周期 | 0.5700 s ±0.0005 | 0.5700 s | PASS |
| 2 | 隔震楼一阶周期 | 2.5465 s ±0.0005 | 2.5465 s | PASS |
| 3 | 固定楼高阶 | 0.1953 / 0.1239 / 0.0964 / 0.0845 | 0.1953 / 0.1239 / 0.0964 / 0.0845 | PASS |
| 4 | 隔震楼高阶 | 0.3313 / 0.1700 / 0.1179 / 0.0948 / 0.0842 | 0.3313 / 0.1700 / 0.1179 / 0.0948 / 0.0842 | PASS |
| 5 | 共振 0.2 g 扫频(fm=1.754 Hz) | 固定 1/59.6 · 隔震 1/656.4 | 固定 1/59 · 隔震 1/658(11.0 倍) | PASS |
| 6 | 大震 0.4 g 合成波 | 固定 1/97.8 · 隔震 1/627.1 | 固定 1/98 · 隔震 1/625(6.4 倍) | PASS |
| 7 | 关隔震开关右楼=左楼 | 相对差 <2% | 相对差 0.00% | PASS |
| 8 | 波可复现 | a[i] 逐点相同 | 9601 点 diffCount=0,maxDiff=0 | PASS |
| 9 | 错误与画质切换 | console 0 / pageerror 0 · 无 context lost | 0 / 0 · 三档切换后 perrs=0 | PASS |
第 5、6 项基准值的来历:本页物理内核与 2D 母本逐行一致,判据不是"应该达到多少",而是把母本的确定性结果独立复算后钉死 —— 用 Python 按同一条波、同一套半隐式欧拉(DT=5e-4)复算,共振得 1/59.6 / 1/656.4 / 支座 167.5 mm,与页面实测 1/59 / 1/658 / 167.0 mm 逐位吻合。之所以不是 1/50:扫频波经过固定楼一阶频率的停留时间只有约 1.2 s,而 6% 阻尼的建振时间常数约 1.5 s,共振还没"建满"就扫过去了;合成波 0.4 g 下顶层位移峰值时刻(1.78 s)远早于层间位移角峰值,主振型尚未完全参与。物理和阈值都不动,照实显示:共振 1/59 对 1/658(11.0 倍),大震 1/98 对 1/625(6.4 倍),教学对比成立。
四个机位都是同一个时刻、同一条波:切机位不会改变任何读数。
关键提问:为什么隔震楼顶层位移(178 mm)和固定楼(179 mm)差不多,却说它更安全?因为顶层位移只说明"楼晃了多远",层间位移角才说明"楼自己扭了多少"。隔震楼是整体平移,自身几乎不弯;固定楼的 179 mm 是靠 50 mm 的层间错位一层层堆出来的 —— 那 50 mm 才是结构和非结构构件破坏的来源。