开孔式软钢阻尼器在某高层结构设计中的应用

孔 琴

(巴马丹拿建筑设计咨询(上海)有限公司，上海 200051)

1 概述

传统的结构抗震是以“抗”为主，通过增强结构的刚度和变形能力的方法来抵御地震作用。然而，这种方式会陷入一个恶性循环，构件截面越大，刚度越大，地震作用相应变大，所需的构件尺寸与配筋又会随之增加，同时积累的塑性变形也会给建筑物带来无法修复的损伤。由于传统的抗震手段存在如此多的弊端，人们便通过把结构的某些非承重构件设计成耗能杆件或在结构的某些部位装置耗能装置来达到改善结构抗震性能的目的，消能减震技术便应运而生。目前，在消能减震装置里，应用比较多的是软钢阻尼器。软钢阻尼器是采用低屈服点的软钢制成，它会在结构发生塑性变形前首先发生屈服，以消耗大部分的地面运动传递给结构的能量[4]。

本工程运用了软钢阻尼器的这一特点，在结构中布置了多组开孔式阻尼器(HADAS)，以改善建筑物的抗震性能。

2 工程概况

本工程为公寓式酒店，总高136.95 m，地上35层，地下2层，结构形式为混凝土框架—核心筒，具体平面布置见图1。由于建筑和机电的使用要求，结构的平面布置及构件尺寸受到局限;且由于建筑物离地铁比较近，结构的沉降也不能太大，相应地结构的自重也要受到限制。原有的结构布置无法满足规范要求的位移等抗震指标，因而需要通过设置阻尼器来改善结构的抗震性能。

3 阻尼器的设置与应用

本工程在建筑6层～建筑22层的每层X向(长向)和Y向(短向)各布置2组开孔式阻尼器(HADAS)，共计68组，阻尼器平面位置如图1所示，阻尼器外观详见图2，阻尼器的安装详见图3。

由于本工程采用的计算软件是PKPM，目前SATWE分析程序尚无法做有关消能减震的分析。因此，在计算模型中，如何合理地体现软钢阻尼器的作用是个关键问题。

GB 50011-2010建筑抗震设计规范[1]规定，当主体结构基本处于弹性工作阶段时，消能减震设计可采用线性分析方法作简化估算。因此我们利用ETABS软件，采用反应谱法和时程分析法来分析结构在多遇地震下的反应[2]。经过多次迭代计算，我们求得软钢阻尼器所提供的附加阻尼比及有效刚度。不同位置处软钢阻尼器的有效刚度及阻尼器上下的支撑墙的侧向水平刚度以串连的方式等效为不同尺寸的等值柱，并将这68组等值柱放入SATWE分析模型中以替代阻尼器及其周边支撑。结构的总阻尼比则为原结构阻尼比与阻尼器的附加阻尼比之和，本工程的总阻尼比为 6.54%。

4 软钢阻尼器对结构抗震性能的改善

为了对比阻尼器对结构的影响，我们将放置阻尼器前的模型与放置阻尼器后的模型分别采用同一版本的SATWE软件进行计算，在保证两个模型的构件尺寸及荷载等条件都相同的情况下，我们将层间位移角、层剪力及构件内力进行对比(具体如图4～图9所示)。

根据图4，图5可知，结构设置阻尼器后，X，Y向的层间位移角均呈现减小趋势，其中X向最大层间位移角减小8.4%，Y向最大层间位移角减小6.8%;根据图6，图7可知，结构设置阻尼器后，X，Y向的层剪力均呈现减小趋势，其中力X向基底剪力减小5.1%，Y向基底剪力减小6.3%。为了对比构件内力的变化，我们取第12层梁柱构件在X向地震作用下的内力进行对比。从图8，图9显示的结果看(图中方框圈出的数字为设置阻尼器后的构件内力)，梁柱的地震内力均得到有效地减小。由此可见，合理设置位移型阻尼器能够有效消弱结构的地震响应，提高结构的抗震性能。

5 结语

从以上分析可知，软钢阻尼器并不改变主体结构的竖向受力体系，仅在结构的变形过程中发挥消能作用，所以阻尼器的应用可以不受结构类型、形状、层数、高度的限制。就本工程而言，即使不能做到每层都加设阻尼器，结构在地震作用下的位移角，构件内力，层剪力等还是得到不同程度的减小。由此可见，利用阻尼器来吸收地震能量，降低结构地震响应，改善结构的抗震性能是行之有效的抗震手段。

[1]GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S].

[2]陈清祥，潘 琪，吕西林，等.值线性分析方法于消能减震结构的应用[A].第七届中日建筑结构技术交流会[C].2006.

[3]王亚勇，陈清祥，薛彦涛.开孔式软钢阻尼器在西安长乐苑招商局广场4号楼抗震加固中的应用探讨[J].防震减灾工程研究与进展，2005(8):96-97.

[4]万泽清，刘 平.低屈服点钢在结构耗能减震中的应用[J].钢结构，2010，25(2):26-27.