劉玲華，高 樂，王 琦

(西安工商學(xué)院，陜西 西安 710200)

0 前 言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快及人們生活水平的不斷提高，建筑結(jié)構(gòu)的安全問題愈來愈受到各方重視。我國(guó)是地震多發(fā)國(guó)家，結(jié)構(gòu)的抗震問題一直都是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師們所考慮的最直接、最根本的問題。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法即通過合理地增大結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面面積，改變結(jié)構(gòu)構(gòu)件的配筋率及提高材料的強(qiáng)度，來達(dá)到預(yù)期的抗震效果。然而這些方法存在諸多弊端，尤其是不能充分地發(fā)揮結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的延性作用?；诖?，人們提出在結(jié)構(gòu)中安裝耗能減震裝置——阻尼器來減輕建筑結(jié)構(gòu)的地震作用。

本文以某醫(yī)技樓為研究對(duì)象，探討了阻尼器在結(jié)構(gòu)中的優(yōu)化布置及其減震效果分析，以期為結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)提供參考。

1 消能減震阻尼器布置

1.1 消能減震裝置的布置要求

1)本工程減震建筑之要求為在多遇地震下，其建筑主體結(jié)構(gòu)仍保持彈性，且非結(jié)構(gòu)構(gòu)件無明顯損壞；在罕遇地震考慮下，其減震阻尼器系統(tǒng)仍能正常發(fā)揮功能。

2)阻尼器配置在層間相對(duì)位移或相對(duì)速度較大的樓層，條件允許時(shí)應(yīng)采用合理形式增加消能器兩端的相對(duì)變形或相對(duì)速度，以提高消能器的減震效率。

3)消能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)按各層消能部件的最大阻尼力進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。

4)阻尼器支撐相連接構(gòu)件(關(guān)鍵構(gòu)件)在罕遇地震作用下仍維持彈性或不屈服狀態(tài)。

5)阻尼器及支撐的布置應(yīng)基本滿足建筑使用上的要求，并盡量對(duì)稱布置，為了保護(hù)阻尼器的耐久性，可采用輕質(zhì)強(qiáng)度低的防火材料作隔板把阻尼器包裹在隔墻中間。

1.2 消能減震裝置的布置方案

在本工程減震設(shè)計(jì)中，為確保新結(jié)構(gòu)層間剛度平穩(wěn)變化，以避免生成新的薄弱層，決定將消能支撐體系逐層緩變地安裝在原結(jié)構(gòu)上，經(jīng)試算，在1～5層共安裝46個(gè)粘滯阻尼器，其中VFD：阻尼系數(shù)C=630 kN×(s/m)α，α=0.2；反套索式布置，數(shù)量21個(gè)。VFD：阻尼系數(shù)C=460 kN×(s/m)α，α=0.2；反套索式布置，數(shù)量25個(gè)。粘滯阻尼器及支撐的平面布置位置如圖1所示(VFD*代表粘滯阻尼器)。結(jié)構(gòu)三維空間簡(jiǎn)圖如圖2所示。

(a)1層阻尼器布置圖

圖2 模型三維空間簡(jiǎn)圖

2 結(jié)構(gòu)模型準(zhǔn)確性驗(yàn)證

不帶粘滯阻尼器模型是從YJK轉(zhuǎn)入ETABS，在ETABS中建立非線性連接單元模擬粘滯阻尼器，通過YJK與ETABS計(jì)算結(jié)構(gòu)前三階周期，并對(duì)其周期、質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表1。

表1 模型信息比對(duì)

計(jì)算結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)的前三階周期與模態(tài)以及結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量吻合均較好，導(dǎo)入的模型可以進(jìn)行后續(xù)的分析。

3 地震波的選取

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)(2016年版)5.1.2規(guī)定，選取三條地震波進(jìn)行歸一化處理，處理之后的兩條天然波與一條人工波如圖3所示。

圖3 地震波的選取

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)(2016年版)的要求，8度區(qū)地震加速度取0.3 g，時(shí)程分析的地震波峰值加速度為110 cm/s2，Tg=0.4 g。

4 基于彈性時(shí)程的減震效果分析

采用ETABS分別計(jì)算減震結(jié)構(gòu)、非減震結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)。

4.1 層間位移角對(duì)比

圖4數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，對(duì)于非減震結(jié)構(gòu)其層間位移角有很大一部分都超過了抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)于多層框架結(jié)構(gòu)規(guī)定的層間位移角限值1/550。而若是通過增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面積，將會(huì)影響建筑的使用功能要求。在結(jié)構(gòu)中布置一定量的阻尼器后，明顯減小了地震作用，滿足了抗震規(guī)范規(guī)定的位移角限值。

(a)人工波1作用下的層間位移角對(duì)比

4.2 層間剪力對(duì)比

由圖5的數(shù)據(jù)對(duì)比分析可以得知，在減震結(jié)構(gòu)中布置阻尼器，樓層剪力得到明顯的優(yōu)化，達(dá)到了減輕建筑結(jié)構(gòu)的地震作用的效果。

(a)人工波1作用下的層間剪力對(duì)比

4.3 結(jié)構(gòu)底部剪力對(duì)比

結(jié)構(gòu)底部剪力對(duì)比結(jié)果見表2～4。

表2 時(shí)程計(jì)算基底剪力與CQC對(duì)比(非減震結(jié)構(gòu))

表3 非減震結(jié)構(gòu)時(shí)程計(jì)算基底剪力與CQC對(duì)比(規(guī)范選波要求)

表4 時(shí)程計(jì)算基底剪力與CQC對(duì)比(減震結(jié)構(gòu))

由表2～4可知，減震結(jié)構(gòu)有效降低了結(jié)構(gòu)的基底剪力，在降低了結(jié)構(gòu)的基底剪力后，將有助于減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力的大小，可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸，進(jìn)而降低工程的造價(jià)。

4.4 阻尼器典型滯回曲線

滯回曲線見圖6。由圖6可知，阻尼器在小震階段即開始工作，且滯回曲線飽滿，能夠充分發(fā)揮減震耗能作用。

(a)

5 結(jié) 論

消能減震技術(shù)主要是通過在結(jié)構(gòu)的某些部位(節(jié)點(diǎn)、連接縫、層間空間等)增設(shè)減震裝置，或把結(jié)構(gòu)中某些非承重構(gòu)件(連接件、剪力墻、支撐等)設(shè)計(jì)成耗能構(gòu)件，為結(jié)構(gòu)提供一定的附加剛度和附加阻尼。在地震作用下，這些耗能部件率先進(jìn)入非彈性狀態(tài)，產(chǎn)生較大阻尼，大量耗散輸入結(jié)構(gòu)的能量，減輕主體結(jié)構(gòu)進(jìn)入非彈性狀態(tài)的可能，從而更好地保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的安全，確保其在強(qiáng)震中的安全和強(qiáng)風(fēng)中的正常使用。

結(jié)合本例的計(jì)算分析過程，可知本工程主體結(jié)構(gòu)增設(shè)粘滯阻尼器后，樓層剪力、位移，基底剪力均得到了明顯的優(yōu)化，地震作用下阻尼器擁有飽滿的滯回曲線，說明其很好地發(fā)揮了減震耗能作用，大大減小了結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，結(jié)構(gòu)的抗震性能有了較大的提升。

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