阻尼器对结构剪力的影响

缠 鹏 飞

(山西省建筑设计研究院，山西 太原　030013)



阻尼器对结构剪力的影响

缠 鹏 飞

(山西省建筑设计研究院，山西 太原030013)

摘要：结合工程实例，介绍了结构减震控制装置的布设和选型方法，并采用ETABS计算软件，对减震结构进行了动力非线性时程分析，探讨了阻尼器对结构剪力的影响程度，指出阻尼器的设置增加了结构阻尼比，加强了结构的抗震性能。

关键词：消能减震，阻尼器，ETABS软件，动力特性

1消能减震结构的设防

发生地震时，建筑结构吸收地震能量，产生振动反应，导致建筑发生不同程度的损坏，尤其在唐山地震，汶川地震等类似大地震中，会造成巨大人员伤亡和财产损失。而传统的延性抗震设计方式存在以下主要问题：1)安全性不能完全保证；2)适应性有一定的限制；3)经济性欠佳。

《建筑抗震设计规范》中不同阻尼比下地震影响系数曲线显示随着阻尼比的增大(见图1)，地震影响系数曲线下降，结构地震作用下降。本文介绍的消能减震就是通过增大阻尼达到减小地震影响的效果。

消能减震技术是通过在结构中安装消能器(阻尼器)，增加结构阻尼，达到在结构震动时减小结构振动幅值，耗损能量，从而减少结构在地震作用下的反应，减轻建筑结构的地震灾害。目前越来越多的结构采用消能减震。

下面通过工程实例来介绍消能减震的作用。

2工程简介

本文研究内容为将消能减震应用于山西某医院结构建设中，本工程采用消能减震设计拟达到的目标是，当结构遭遇高于本区域抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，可能损坏，但经一般修理后仍可继续使用。

该结构为现浇钢筋混凝土框架结构。结构为乙类建筑，共地上3层，首层层高为3.75 m，其余2层层高为3.40 m。抗震设防烈度7度(0.15g)，设计地震分组为第一组，特征周期为0.45 s，Ⅲ类场地，抗震等级为二级。考虑到结构特点、造价及消能减震效率，本工程拟采取减隔震技术，以粘滞阻尼墙作为消能减震元件。粘滞阻尼墙可以为结构提供附加阻尼，而不增加结构附加刚度。

3结构减震控制装置的布置和选型

经计算，结构共选用4个粘滞阻尼器，设置在第1层的梁柱中，其中纵向、横向各布置2个。结构均采用单节点单阻尼器C30混凝土墙体支撑安装方式，具体阻尼器安装示意图如图2所示。粘滞阻尼器设计参数与数量见表1。

4计算分析

本减震设计采用由美国Computer and Structures Inc.(CSI)公司开发研制的房屋建筑结构分析与设计软件——三维空间有限元分析程序ETABS。根据PKPM软件的设计结果，建立减震结构的ETABS计算分析模型，对减震结构进行动力非线性时程分析，验证减震结构的减震效果(见图3)。

首先，采用ETABS软件计算非减震结构多遇地震下的动力响应，并将结果与SATWE计算结果进行对比，验证ETABS软件的可靠度。PKPM和ETABS对结构周期的计算结果与ETABS计算得到的结构振型参与系数见表2，各楼层X向和Y向地震剪力和层间位移的计算结果对比见表3，表4，表中：误差率=(|SATWE-ETABS|/SATWE)。

由表2可知：所建ETABS模型前6阶振型的周期与SATWE计算结果的吻合性很好，最大误差只有0.37%；由表3和表4可知，利用ETABS建立的模型与SATWE模型地震剪力分布也较吻合，楼层最大地震剪力误差率X向为3.19%，Y向为2.21%。以上数据有效验证了该模型的正确性。

根据GB 50011—2010建筑抗震设计规范的相关规定，本工程拟采用7条地震波，其中人工合成加速度时程曲线2条(RH1波、RH2波)，天然地震记录地震波5条(ELC波、TAF波、TH1波、TH2波、TH3波)进行结构时程分析。

多遇地震和设防地震作用下普通结构和减震结构X向、Y向层间剪力计算对比见表5～表8。由表中数据可见，在多遇地震作用下，减震优化结构与非减震结构相比较，结构层间剪力明显减小，其中X方向最大减震效果达33.09%，Y方向最大减震效果达36.66%；设防地震作用下，减震优化结构与非减震优化结构相比，结构层间剪力降低幅度也较明显，X方向最大减震效果达23.51%，Y方向最大减震效果达26.46%。以上研究结果表明，在结构中设置粘滞阻尼器可以有效增加结构的阻尼比，提高结构抗震性能。

5结语

通过对比分析设置阻尼器的结构和原结构在多遇地震和设防地震下的层剪力等数据可以得到结论，粘滞阻尼器的设置增加结构的阻尼比，明显加强了结构的抗震动力性能，使之满足《建筑抗震设计规范》的限值要求，并达到在结构遭遇高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，经一般修理后仍可继续使用的目的。

参考文献:

[1]GB 50011—2010，建筑抗震设计规范.

[2]潘鹏，叶列平.建筑结构消能减震设计与案例.北京:清华大学出版社，2010.

[3]周云，张文芳.土木工程抗震设计.北京:科学出版社，2009.

文章编号：1009-6825(2016)14-0035-03

收稿日期：2016-03-04

作者简介：缠鹏飞(1987- )，男，助理工程师

中图分类号：TU352.1

文献标识码：A