摘要：為了能夠切實(shí)滿(mǎn)足學(xué)校建筑大空間、高質(zhì)量的使用需要，學(xué)校建筑一般會(huì)選用框架結(jié)構(gòu)形式；本文以高烈度區(qū)學(xué)校建筑為對(duì)象，指出了諸如超筋嚴(yán)重、梁柱截面尺寸過(guò)大等設(shè)計(jì)難點(diǎn)，提出了剪切型軟鋼阻尼器與防屈曲耗能支撐的組合方案。且結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)例，就傳統(tǒng)方案與消能減震方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，最終結(jié)果表明，消能減震方案除了不會(huì)對(duì)建筑使用功能造成影響之外，還能大幅提升結(jié)構(gòu)的抗震性能，相比于傳統(tǒng)方案，成本更低。

關(guān)鍵詞：高烈度區(qū)；學(xué)校建筑；消能減震技術(shù)

現(xiàn)階段，國(guó)家已出臺(tái)政策性文件，明確要求將醫(yī)院、學(xué)校等人員密集場(chǎng)所建成質(zhì)量可靠、安全舒適的地方，也就是合理化、高水平的提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防要求。而提升設(shè)防烈度，往往會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)新的、更多且更加嚴(yán)峻的難題。針對(duì)傳統(tǒng)形式的抗震設(shè)計(jì)來(lái)講，其主要是通過(guò)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)自身的抗震性，以此來(lái)達(dá)到抵抗地震的目的，此種方法除了在安全性方面無(wú)法得到切實(shí)保證之外，而且還有著較好的經(jīng)濟(jì)投入，經(jīng)濟(jì)性欠佳。所以，消能減震技術(shù)作為一種不僅安全而且經(jīng)濟(jì)的新型技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，消能減震是建筑設(shè)計(jì)建造的重要指標(biāo)，同時(shí)也是建筑結(jié)構(gòu)能否得到合理規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)，其主要通過(guò)在結(jié)構(gòu)上加設(shè)消能部件，給結(jié)構(gòu)附加有效阻尼，用此種方式來(lái)最大程度減小結(jié)構(gòu)的地震作用。最新頒布的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》明確指出，消能部件由各種支撐構(gòu)件組成，如梁、墻體、斜撐、消能器等，效能器可選用的類(lèi)型多樣，如位移相關(guān)型、速度相關(guān)型等。針對(duì)主要采用框架結(jié)構(gòu)的學(xué)校建筑而言，其通過(guò)位移相關(guān)型阻尼器的應(yīng)用，除了能使結(jié)構(gòu)剛度增加之外，還能增加其阻尼，因而可以從中得到更加的減震、效能效果。云南省出臺(tái)政策性文件，明確要求設(shè)防烈度7度以上的醫(yī)院、學(xué)校等人員密集場(chǎng)所應(yīng)采用隔震減震技術(shù)，從而云南省高烈度區(qū)學(xué)校建筑中消能減震技術(shù)的運(yùn)用得到大力推廣。

1、項(xiàng)目概述

某工程為某市小學(xué)教學(xué)樓，整體結(jié)構(gòu)形式采用的是框架體系，結(jié)構(gòu)層一共有5層，其中，地上有4層，地下為1層；設(shè)防地震分組為第三組，設(shè)防烈度9度，即0.40g；周期折減系數(shù)為0.85；場(chǎng)地類(lèi)別是Ⅱ類(lèi)。

2、設(shè)計(jì)方案的選擇

2.1傳統(tǒng)方案

針對(duì)此教學(xué)樓而言，其整個(gè)長(zhǎng)度為64.5m，寬為19.2m，長(zhǎng)度與寬度比值>3，受此影響，造成兩個(gè)方向的剛度比存在較大差別，且有著比較明顯的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；該項(xiàng)目設(shè)防烈度是9度，即0.40g，如果運(yùn)用的是框架體系來(lái)滿(mǎn)足相關(guān)設(shè)計(jì)要求，那么結(jié)構(gòu)的梁柱截面會(huì)比較大，即柱截面大約是1200mm×1200mm，因而會(huì)對(duì)建筑的整體使用功能造成較大影響，如果需要改用框架體系，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的建筑布局，則建筑水平長(zhǎng)度方向由于均為典型的大開(kāi)間教師，因此，在布置剪力墻時(shí)便會(huì)受到比較大的影響，而在勉強(qiáng)事態(tài)下所布置的剪力墻，均為短支剪力墻，存在嚴(yán)重的超筋情況，而剪力墻需貫通上下樓層，現(xiàn)實(shí)操作難度較大。

2.2消能減震方案

2.2.1消能減震方案的選擇

由于此項(xiàng)目如果運(yùn)用傳統(tǒng)方案來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么在實(shí)際操作中會(huì)存在諸多難點(diǎn)與問(wèn)題，因此，經(jīng)綜合考量，最終選用消能減震技術(shù)，通過(guò)此技術(shù)的運(yùn)用，除了能夠合理調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度之外，而且還能適當(dāng)性增加結(jié)構(gòu)的阻尼，大幅降低地震力的影響與作用。（1）基于結(jié)構(gòu)層面來(lái)考慮。由于結(jié)構(gòu)于X方向（即長(zhǎng)邊方向）有著比較大的剛度，而在Y方向（即短邊方向），其有著比較小的剛度，如果在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中選用的是同種效能器，則結(jié)構(gòu)依然有上述兩個(gè)方向剛度差別比較大的突出問(wèn)題。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，在有著比較大結(jié)構(gòu)剛度的方向（X方向），添加以提供剛度為輔及提供阻尼為主的效能器，該項(xiàng)目選用的是典型的剪切型軟鋼阻尼器；于剛度比較小的一側(cè)（Y方向），考慮選用最新型的防屈曲耗能支撐（BRB），這樣除了能增加結(jié)構(gòu)的剛度之外，還能增加結(jié)構(gòu)的附加阻尼。（2）基于建筑層面來(lái)考量。如果選用的是同一種減震產(chǎn)品，比如防屈曲耗能支撐，那么會(huì)對(duì)建筑長(zhǎng)方向的建筑使用造成一定影響，而且還會(huì)影響到開(kāi)窗，在外觀上也會(huì)出現(xiàn)瑕疵，不美觀；如果單純選用剪切型阻尼器，會(huì)由于產(chǎn)品屈曲之后剛度不佳，而造成結(jié)構(gòu)Y向剛度仍然難以滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定與要求。因此，最終選定X方向選用剪切型軟鋼阻尼器與Y方向選用防屈曲耗能支撐的組合方案。

結(jié)合上述建筑因素、結(jié)構(gòu)因素，該項(xiàng)目最終選用的是阻尼器與支撐相組合的方案：（1）在隔墻比較多且結(jié)構(gòu)剛度比較小的Y方向，專(zhuān)門(mén)布設(shè)防屈曲耗能支撐，這樣一來(lái)，便能夠顯著提升建筑結(jié)構(gòu)的剛度及附加阻尼；而且可以在隔墻中布置BRB支撐，不會(huì)對(duì)建筑使用造成太大影響。（2）在僅有少量窗間墻及結(jié)構(gòu)剛度比較大的X方向，則布設(shè)剪切型軟鋼阻尼器，主要作用就是增加阻尼，減小地震力。剪切型軟鋼阻尼器與防屈曲耗能支撐依據(jù)建筑的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及建筑使用情況，沿兩個(gè)方向來(lái)布置，盡可能布置于有較大變形的位置，數(shù)量明確后，使結(jié)構(gòu)獲得更加均勻的受力體系。此外，改善并優(yōu)化罕遇地震、設(shè)防地震及多遇地震下結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能，以此來(lái)更好的滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2.2.2消能減震方案的布置

布置消能器的方式主要有：（1）在各層X(jué)向，均設(shè)置阻尼器8個(gè)，而在Y向上，設(shè)置支撐8個(gè)；（2）第2標(biāo)準(zhǔn)層的Y方向支撐屈服力為500kN，第3標(biāo)準(zhǔn)層Y方向支撐屈服力為350kN，第2標(biāo)準(zhǔn)層X(jué)方向阻尼器屈服力為300kN，第3標(biāo)準(zhǔn)層X(jué)方向支撐屈服力為250kN；第4標(biāo)準(zhǔn)層Y方向的支撐屈服力為300kN，X方向阻尼器屈服例為200kN，由于PKPM軟件當(dāng)中并無(wú)效能器單元，因此，BRB運(yùn)用普通支撐對(duì)其剛度進(jìn)行模擬；而阻尼器則用等效柱形式對(duì)其剛度進(jìn)行模擬，對(duì)于附加阻尼來(lái)講，可以通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)總阻尼進(jìn)行更改，來(lái)對(duì)其剛度進(jìn)行模擬；（3）結(jié)構(gòu)固有阻尼比為5%，結(jié)構(gòu)阻尼比為11.88%。

2.3計(jì)算內(nèi)容

針對(duì)消能減震方案來(lái)講，本文主要進(jìn)行如下內(nèi)容的操作：（1）計(jì)算附加阻尼比；（2）于靜力彈塑性下，對(duì)大震下結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行分析；（3）比較消能減震方案與傳統(tǒng)方案的經(jīng)濟(jì)性。

3、計(jì)算結(jié)果

3.1附加阻尼比計(jì)算

3.1.1附加阻尼比計(jì)算原理分析

依據(jù)最新頒布的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中相關(guān)規(guī)定，建筑結(jié)構(gòu)地震影響系數(shù)曲線的阻尼形狀與調(diào)整參數(shù)，需要與下列要求相符：不僅要有專(zhuān)門(mén)固定，而且建筑結(jié)構(gòu)的阻尼比需設(shè)定為0.05，在調(diào)整地震影響系數(shù)曲線的阻尼系數(shù)時(shí)，應(yīng)該按照1.0來(lái)采用，在形狀參數(shù)方面，應(yīng)該與下列規(guī)定相符：（1）直線下降段，從5倍特征周期到6s區(qū)段，應(yīng)將下降斜率調(diào)整系數(shù)設(shè)定為0.02；（2）曲線下降段，從特征周期到5倍特征周期區(qū)段，取衰減指數(shù)0.8；（3）直線上升段，周期<0.1s的區(qū)段；（4）水平段，從0.1s到特征周期區(qū)段，取最大值（[αmax]）。

3.1.2附加阻尼比結(jié)果

依據(jù)上述方法。把消能減震方案中的附加阻尼比計(jì)算出來(lái)，所得附加阻尼比為：X向6.88%，Y向8.71%，取值6.88%。X方向附加阻尼比計(jì)算過(guò)成：阻尼器編號(hào)為SF-MDX-1-1的阻尼器出力為272.10kN，阻尼器位移為5.02mm，阻尼器耗能為4004.08Wci；SF-MDX-1-2的阻尼器出力為267.39kN，阻尼器位移為4.91mm，阻尼器耗能為3864.10Wci；SF-MDX-1-3的阻尼器出力為252.19kN，阻尼器位移為4.63mm，阻尼器耗能為3437.29Wci；SF-MDX-1-4的阻尼器出力為268.78kN，阻尼器位移為4.93mm，阻尼器耗能為3904.67Wci；SF-MDX-1-5的阻尼器出力為264.89kN，阻尼器位移為4.86mm，阻尼器耗能為3792.19Wci；SF-MDX-1-6的阻尼器出力為269.59kN，阻尼器位移為4.95mm，阻尼器耗能為3727.95Wci；SF-MDX-1-8的阻尼器出力為267.19kN，阻尼器位移為4.90mm，阻尼器耗能為3858.33Wci。當(dāng)結(jié)構(gòu)總阻尼為11.88%時(shí)，消能減震結(jié)構(gòu)最大層間位移角X方向使1/593，而Y方向時(shí)1/566，與設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)要求相符。

3.2經(jīng)歷彈塑性分析結(jié)果

之所以開(kāi)展靜力彈塑性分析，最終目的在于：（1）在罕遇地震作用下，對(duì)結(jié)構(gòu)在薄弱層彈塑性變形情況進(jìn)行檢驗(yàn)；（2）對(duì)層間彈塑性位移是否<1/50進(jìn)行驗(yàn)算（抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)），并且對(duì)結(jié)構(gòu)有無(wú)薄弱層進(jìn)行詳細(xì)判斷與論證，另外，判定其薄弱層所處位置及薄弱程度，以及其對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響；（3）深入了解結(jié)構(gòu)塑性鉸所具有的形成規(guī)律，判斷罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)所具有的抗倒塌能力。運(yùn)用MIDAS/Gen開(kāi)展此靜力彈塑性分析，獲得結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析曲線。由所得曲線得知，于罕遇地震力作用下，需求譜與結(jié)構(gòu)能力譜之間存在交叉點(diǎn)，由此表明，結(jié)構(gòu)大震性能與相關(guān)規(guī)范要求相符，針對(duì)X方向而言，其最大的彈塑性層間位移角是1/112，與規(guī)范的1/50要求相滿(mǎn)足；而在大震性能點(diǎn)位置處，塑性鉸豎向分布整體上比較均勻，沒(méi)有出現(xiàn)塑性鉸在個(gè)別樓層過(guò)于集中的情況，另外，需指出的是，塑性鉸程度都

通過(guò)對(duì)Y方向最大彈塑性層間位移角進(jìn)行計(jì)算，得知其為1/99，與該工程抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)（1/50）相比，明顯偏小。而在Y向大震性能點(diǎn)位置處，塑性鉸同樣沒(méi)有出現(xiàn)分布過(guò)于集中的情況，并且塑性鉸在程度上也

3.3經(jīng)濟(jì)性比較

通過(guò)拿消能減震方案與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，且套路標(biāo)準(zhǔn)建筑定額，傳統(tǒng)方案所需花費(fèi)的土建成本為350萬(wàn)元，而消能減震方案的土建成本是200萬(wàn)元，另外，阻尼器購(gòu)買(mǎi)及安裝費(fèi)用大約為70萬(wàn)元，一共花費(fèi)270萬(wàn)元。由此可知，結(jié)構(gòu)成本節(jié)省幅度可以達(dá)到80萬(wàn)元，因而可以大幅節(jié)省成本支出；與此同時(shí)，由于柱截面得到大幅減少，取消了剪力墻，因而可以一定程度增加有效使用面積。

4、結(jié)語(yǔ)

綜上，超高烈區(qū)學(xué)校建筑通過(guò)消能減震技術(shù)的運(yùn)用，總體效果較好，經(jīng)濟(jì)性佳，能夠在土建造價(jià)上減少10%～20%。另外，高烈度學(xué)校建筑通過(guò)消能減震技術(shù)的使用，能夠使結(jié)構(gòu)在抗震性能上得到強(qiáng)化，尤其時(shí)大震下的抗震性能。還需指出的是，通過(guò)與學(xué)校建筑的特點(diǎn)相結(jié)合，綜合運(yùn)用剪切型軟鋼阻尼器與防屈曲支撐，不但不會(huì)對(duì)建筑使用造成影響，而且還能一定程度增加使用面積；在保障建筑使用方便以及結(jié)構(gòu)性能的情況下，效能減震方案相比與傳統(tǒng)方案，優(yōu)勢(shì)更為明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]許楚平. 高烈度地震區(qū)結(jié)構(gòu)隔震和消能減震設(shè)計(jì)[J]. 浙江建筑， 2016， 33（11）：16-20.

[2]張超， 翁大根， 呂西林，等. 消能減震技術(shù)用于C類(lèi)框架學(xué)校建筑提高一度抗震設(shè)防加固的探討[J]. 防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)， 2012（4）：20-28.

[3]高杰， 薛彥濤， 徐自國(guó)，等. JY系列消能減震技術(shù)在超高層建筑中的應(yīng)用[J]. 建筑結(jié)構(gòu)， 2012（s2）：333-337.

[4]夏堯， 張偉玉， 黎德琳. 軟鋼阻尼墻在消能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 建筑結(jié)構(gòu)， 2012（s1）：456-459.

[5]吳正佳， 陶忠， 楊海浪. 剪切型軟鋼阻尼器對(duì)高烈度區(qū)框架結(jié)構(gòu)的減震性能分析[J]. 建筑結(jié)構(gòu)， 2017（s2）：285-288.

[6]程蓓， 李勝林， 申林，等. 消能減震支撐體系研究與在高烈度區(qū)的工程應(yīng)用[J]. 建筑結(jié)構(gòu)， 2008（12）：53-55.

作者簡(jiǎn)介：

姓名： 陳朝暉出生年月： 1969.6性別： 女民族：漢籍貫： 云南省昆明市當(dāng)前職務(wù)：當(dāng)前職稱(chēng)：高工學(xué)歷：大學(xué)研究方向：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的減震建筑的設(shè)計(jì)。