粘滞阻尼器在高层建筑中的应用

2015-10-29贾海风

建材与装饰 2015年10期

关键词：阻尼器层间抗震

贾海风

（广东省建筑设计研究院　广东　广州　510010）

粘滞阻尼器在高层建筑中的应用

贾海风

（广东省建筑设计研究院广东广州510010）

消能减震结构是通过设置消能构件或装置，使结构在出现变形时迅速消耗地震动能量，从而保护主体结构在强地震中的安全。本文简要介绍消能减震装置的常用类型，并通过SAP2000软件对传统抗震框架和采用了粘滞阻尼器的框架进行对比分析，结果表明安装有消能减震装置的结构比传统抗震框架抗震性能优良。

消能减震结构；高层建筑；粘滞阻尼器

引言

传统抗震技术是把结构本身及主要承重结构（梁、柱、节点、剪力墙等）作为消能构件，结构产生塑性变形来消耗地震输入的能量，此时整个结构或构件产生不同程度的损伤。由于地震的随机性及结构抗震能力的变异性，对结构在地震中的损伤程度难以控制，且传统抗震结构体系是通过加强结构、提高侧向刚度以满足抗震需求，结构刚度增大，地震作用也随之增大。对于采用高强材料的高层建筑的技术发展造成严重的制约。消能减震技术能够大大提高高层建筑的抗震能力，本文主要介绍高层建筑消能减震技术采用的消能减震装置的类型及其力学性能，并通过软件分析表明采用消能减震装置的高层建筑具有良好的抗震效果。

1　消能减震结构的机理及常用类型

1.1消能减震结构的机理

结构消能减震体系，就是将结构的某些非承重构件设计成消能杆件，或在结构的某部位装设消能装置，如层间空间、节点、连接缝等。这些杆件或装置通过摩擦，剪切（或弯曲、扭转），弹塑性（或粘弹性）以及滞回变形从而为主体结构提供比较大的阻尼，消耗部分地震时地震波输入到结构的地震动能量，以达到有效地衰减结构的地震反应的目的，从而保护主体结构及构件，避免其在强地震中破坏，确保主体结构在强地震中的安全。以下从能量转换的角度来分析消能减震结构的机理：

在地震中任意时刻消能减震结构的能量方程为：

传统抗震结构：Ein=ER+ED+ES（1）

消能减震结构：Ein=ER+ED+ES+EA（2）

式中：Ein为地震时输入到结构的总能量；ER为结构地震反应的能量，包括势能和动能；ED为结构自身阻尼消耗的能量部分（一般不超过5％）；ES为结构耗能构件的弹塑性变形（或损坏）消耗的能量；EA为消能部件吸收或耗散的能量。

对于传统的抗震结构，ED一般只占5％，故忽略不计，为了最后终止结构的地震反应（ER→0），必然导致主体结构及承重构件的损坏、严重破坏或倒塌（ES→Ein），从而达到消耗输入结构的能量的目的。

对于消能减震结构，ED同样忽略不计，消能构件或装置先充分发挥消能作用进入消能工作状态，大量消耗输入到结构的地震能量（EA→Ein）。这样，既保护了主体结构及承重构件，使得其免遭破坏（ES→0），又迅速地衰减了结构的地震反应（ER→0），从而确保结构在地震中的安全。

1.2消能减震装置的常用类型

在工程减震控制技术中，消能减震是一种被动控制技术[1]，常用的消能减震装置有：①粘滞阻尼器；②粘弹性阻尼器；③金属阻尼器；④摩擦阻尼器。

2　计算模型及基本参数

2.1计算模型

本文采用SAP2000建立一栋12层框架结构，层高为3m，房屋总高度为36m，A类建筑，抗震设防烈度为Ⅷ度（0.2g），设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类，特征周期值为Tg=0.40s。柱网跨度为6m，X向共6跨，总长为36m，Y向共4跨，总长24m，柱尺寸为600mm×600mm，梁尺寸为250mm×500mm，板厚为100mm。梁、柱、板混凝土均采用C30。楼面恒荷载为5kN/m2，活荷载为2.5kN/m2。粘滞阻尼器在结构中的平面布置图见图1。根据文献[2] 12.3.2条规定，消能部件可根据需要沿结构的两个主轴方向分别设置，消能部件宜设置在变形较大的位置，其数量与分布应通过综合分析合理确定，并有利于提高整体结构的消能减震能力，形成均匀合理的受力体系。