混凝土框架结构的消能减震设计分析

韩超

摘 要 随着建筑工程框架结构设计形式的不断发展，许多国内外优秀学者纷纷提出了很多新型的、具有创新性的框架结构消能减震技术及体系。在地震作用下，应用了框架结构的建筑工程为了能够有效地预防层间位移角过大，经常采用效果显著的消能减震措施，如使用以结构阻尼为主的消能减振控制技术、消能减震设备等。本文将以建筑工程混凝土框架结构的消能减振设计为主题，阐述消能减震技术的基本原理及基本形式，探讨混凝土框架结构消能减振设计要点。

关键词 建筑工程;框架结构;消能减震

前言

随着我国建筑工程行业的快速发展，在众多高烈度地震区建设了很多高层建筑。高层建筑的设计及施工难度较大，在高烈度地震区域建设高层建筑的难度更大。为了提升高层建筑的抗震等级，需要增设消能减震设备。通过优秀的消能减震设计增加高层建筑抵抗地震力，以提升高层建筑的稳定性和安全性。

1消能减震的基本原理及基本形式

1.1 基本原理

在混凝土框架结构中设置结构消能减震设施指的是在整体结构内部的某一部位（例如楼层间、特殊节点、相邻建筑之间等）设置具有消能减震的部件（例如消能器），消能器之间发生相互摩擦、弹塑性变形等一系列的变形最终吸收地震作用或风作用下的震动，以达到预设的减振效果。其中，消能器的主要构造为与位移相关和速度相关的消能器和以支撑体系、支架、节点等为主的支撑结构。消能器的减振消能效果是在能量吸收的角度对地震或较大风荷载作用下的能量进行抵消的。

1.2 基本形式

目前应用于建筑工程框架结构消能减振设计的消能器的基本形式为消能支撑结构、消能支架结构、消能墙体结构、消能节点、消能辅助结构等。不同的结构形式能够起到不同的消能减震的效果。常用的消能减振设备有速度型阻尼器、位移型阻尼器两种。如果建筑工程框架结构在地震作用或较大风荷载作用下，楼层位移角不满足规范要求，可以通过上述两种消能减震设备进行适当的调节[1]。

2框架结构消能减震理论分析

2.1 设计思想

建筑工程框架结构在多遇地震作用下，整体结构处于弹性阶段。在此阶段设置消能减振设备的目的就是为了吸收地震或较大风荷载作用下的震动，以确保结构内部尺寸较小构件不会在震动过程中发生破坏，甚至可以依据模型分析减小某些结构构件的截面尺寸，以达到设计工作的经济性。此外，建筑工程框架结构在罕遇地震作用下，整体结构处于弹塑性或塑性阶段，层间位移较大。在此阶段设置消能减振设备的目的就是为了有效减小结构层间位移，在规范允许的前提下对结构构件进行保护，不至于发生严重的结构构件稳定性破坏等情况。

2.2 混凝土框架结构消能减震分析方法

不同高层建筑所在位置的抗震要求不同、高层建筑设计状况不同，所采取的消能减震分析方法不同。如果高层建筑的框架结构整体处于弹性阶段，则可以使用等效线性化的处理方式对框架结构的消能构件进行处理分析，如底部剪力法、振型分析反应谱法或线性时程分析法等。本小节将对常用的分析方法进行简单的阐述。

（1）等效线性分析法

等效线性分析法的分析原理是对混凝土框架结构的消能构件的恢复力进行等效分析化处理，通过相关公式的推导达到消能减震的效果。等效线性分析法的运动方程如下：

（1）

式（1）中，【M】为框架结构自身质量;

【K】为框架结构自身刚度;

【C】为阻尼矩阵;

【】为消能减震装置的附加等效线性阻尼矩阵;

【】为消能减震装置的等效线性刚度矩阵;其中，【】可由消能减震设备的等效线性阻尼系数和消能减振设備的等效线性刚度系数集合而成。

（2）非线性时程分析法

应用非线性时程分析法，混凝土框架结构的多自由度消能减震结构的运动方程可如下表示：

（2）

式（2）中，为混凝土框架结构自身恢复力向量;

为消能减振设备提供的恢复力向量，此参数可以由消能器的回复模型确定;

3消能减震部件的布置要点

在高层建筑混凝土框架结构中布置消能减震部件，不得影响高层建筑的正常使用功能，不得影响高层建筑外部设计风格，需要确保所设置的消能减振构件能够正常工作。根据多年工作经验以及对相关文献的阅读发现，在住宅建筑、办公楼建筑、旅馆建筑或医院建筑等民用建筑之中设置消能减震构件经常会妨碍建筑内部空间的布置，不利于对建筑外墙开设门窗洞口等。为此，可以考虑将消能减振部件布置在不需要通道的位置，例如楼梯间、设备间、设备间等[2]。

4结束语

现阶段，我国在建或已建成的以混凝土框架结构为结构设计的高层建筑中，消能减震技术是应用效果最为有效的、帮助整体结构抵消地震作用的技术手段之一。对混凝土框架结构消能减震设计进行分析可以提升设计人员对高层建筑抵抗地震作用的设计思路。随着我国建筑工程结构设计的不断发展，需要对类似消能减震等技术手段进行分析和研究，为我国建筑工程行业的发展提供技术支持。

参考文献

[1] 张强.钢筋混凝土框架结构消能减震设计[J].四川建材，2019，45 （01）：87，89.

[2] 赵健，宋晓光.混凝土框架结构的消能减震设计[J].住宅与房地产，2018，（36）：72.