劉敏聰

（廣州大學(xué) 土木工程學(xué)院）

0 引言

隨著《建設(shè)工程管理?xiàng)l例》于2021年9月正式施行，國家從立法層面對(duì)重點(diǎn)設(shè)防類結(jié)構(gòu)提高了更高的抗震要求。而傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)難以承受超出設(shè)防地震作用時(shí)帶來的破壞，因此推廣減隔震技術(shù)成為解決高烈度地區(qū)結(jié)構(gòu)抗震需求的重要手段。在消能減震領(lǐng)域，粘滯阻尼器屬于速度型阻尼器，在結(jié)構(gòu)遭受地震動(dòng)的全過程均可耗散能量，僅僅提供附加阻尼，對(duì)結(jié)構(gòu)的振型周期基本沒有影響，因此被廣泛應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)形式之中。文獻(xiàn)[1]指出，消能減震設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)與現(xiàn)有的規(guī)范與設(shè)計(jì)軟件對(duì)接，更好地完善設(shè)計(jì)理論的實(shí)施。本文基于PKPM軟件的減震模塊，給出附加粘滯阻尼器結(jié)構(gòu)在實(shí)際設(shè)計(jì)中的詳細(xì)流程，以滿足抗震規(guī)范要求。

1 減震設(shè)計(jì)方法

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程

通過詳細(xì)的設(shè)計(jì)，給抗震結(jié)構(gòu)布置適當(dāng)數(shù)量以及合適參數(shù)的消能減震裝置，能夠有效地提高抗震性能，一般能夠減少約20%～30%的地震響應(yīng)，滿足結(jié)構(gòu)在不同烈度地震作用下的性能要求（一般為最大層間位移角限值）。其一般流程為對(duì)減震結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震彈性計(jì)算，按照時(shí)程平均值進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，即小震彈性設(shè)計(jì)；然后，對(duì)減震結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震彈塑性分析，即大震變形驗(yàn)算；最后對(duì)阻尼器向量的連接構(gòu)件即結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)。其在PKPM軟件中的設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)流程圖

1.2 確定附加阻尼比

附加阻尼比作為阻尼器在消能減震結(jié)構(gòu)中發(fā)揮作用的評(píng)判指標(biāo)，決定了阻尼器在地震作用下耗散地震作用的能力。常規(guī)設(shè)計(jì)是基于振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行消能減震結(jié)構(gòu)的配筋設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵在于確定耗能裝置附加給結(jié)構(gòu)的阻尼比。消能減震結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程給出了基于振型分解反應(yīng)譜法的具體迭代算法，盡管附加阻尼比可通過彈塑時(shí)程分析方法得到，但是通常比較耗費(fèi)時(shí)間，因此‘規(guī)范’方法更加具有可行性。PKPM軟件已經(jīng)內(nèi)置了規(guī)范進(jìn)行迭代計(jì)算附加阻尼比的程序，可方便計(jì)算出消能減震結(jié)構(gòu)附加阻尼比。

1.3 結(jié)構(gòu)模型及減震目標(biāo)

本工程為云南地區(qū)某小學(xué)，結(jié)構(gòu)類型為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度按8度設(shè)計(jì)，分組為1組，實(shí)際基本加速度值為0.2g，多遇地震下αmax=0.16，罕遇地震αmax=0.9，建筑場地土地類別為Ⅲ類，特征周期Tg=0.45s。阻尼器的布置需要與建筑的功能相匹配，本案例在結(jié)構(gòu)中布置了40個(gè)粘滯阻尼器，X向與Y向均布置20個(gè)，其阻尼指數(shù)均為0.2，阻尼系數(shù)為150kN·（s/m）0.2之間，行程均為40mm。

本工程在不同地震作用下的減震目標(biāo)見表1。

圖2 模型

表1 減震目標(biāo)

2 消能減震結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析

2.1 地震波評(píng)價(jià)

地震記錄選取需要計(jì)算無消能器模型的結(jié)構(gòu)底部剪力，其需要滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）規(guī)定，即通過時(shí)程分析計(jì)算的基底剪力需要超過振型分解反應(yīng)譜法結(jié)果的65%，均值大于80%的要求，否則應(yīng)重新選擇地震波。本案例選取一條人工波與兩條天然波，其加速度反應(yīng)譜如圖3所示。通過對(duì)比分析（見表2），結(jié)構(gòu)在X向和Y向在時(shí)程分析中的基底剪力均滿足規(guī)范要求，可以用于工程設(shè)計(jì)。

表2 多遇地震基底剪力對(duì)比

圖3 三條地震波與設(shè)計(jì)反應(yīng)譜對(duì)比圖

2.2 多遇地震響應(yīng)分析

結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的層間位移分布能夠反映結(jié)構(gòu)附加阻尼器后抗震性能的提升，通過設(shè)置合適的粘滯阻尼器數(shù)量及參數(shù)，結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的層間位移均小于規(guī)范要求的1/550，滿足小震性能要求（見表3）。結(jié)構(gòu)在多遇地震下的附加阻尼比分別為5.4%與4.2%，均在規(guī)范規(guī)定的25%范圍內(nèi)，屬于合理范圍。

表3 多遇地震層間位移分布

3 罕遇地震位移驗(yàn)算

通過彈性分析計(jì)算結(jié)構(gòu)附加阻尼比，對(duì)結(jié)構(gòu)采用小震振型反應(yīng)譜法進(jìn)行設(shè)計(jì)配筋，對(duì)配筋后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行大震彈塑性分析。表4為X向與Y向罕遇地震下層間位移角均值的結(jié)果對(duì)比。由表4可見，非減震結(jié)構(gòu)無論在X向還是Y向均出現(xiàn)層間位移角大于1/50的情況，超出抗震規(guī)范限值，結(jié)構(gòu)附加阻尼器后，最大層間位移角均得到改善，均符合規(guī)范要求，滿足工程設(shè)計(jì)的抗震性能目標(biāo)。如圖4所示，結(jié)構(gòu)平均層間位移分布顯示下部小上部大，即結(jié)構(gòu)上部先于下部達(dá)到位移限值。

表4 罕遇地震層間位移角對(duì)比

圖4 層間位移角分布

4 結(jié)論

⑴借助PKPM結(jié)構(gòu)分析軟件，給出了附加粘滯阻尼器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程，方便工程人員借鑒使用；

⑵通過附加粘滯阻尼器，X向與Y向分別附加了5.4%和4.2%的附加阻尼比，結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下層間位移角小于規(guī)范限值，但是結(jié)構(gòu)的層間位移分布顯現(xiàn)上大下小，表示結(jié)構(gòu)剛度分布不夠均勻。