阻尼器在高层钢结构中的减震性能对比分析

卜伟

摘 要：为研究阻尼器对高层钢结构建筑抗震性能的影响，以某工程12层钢框架结构为研究对象，通过设置两种不同阻尼器进行比较分析，对比摩擦阻尼器和金属阻尼器对结构减震性能的影响规律，分析结果为高层钢结构耗能减震设备的应用提供参考。

关键词：阻尼器;高层钢结构;抗震性能

我国属于地震多发国家，结构的抗震性能是工程師在进行结构设计时必须考虑的问题，而一般我们是通过增加结构构件的尺寸来提高其抗震性能，这种被动的抗震方式，在结构的变形协调方面表现较差，同时这种做法还会影响使用，增加了成本。因此，结构耗能减震装置的应用就显得尤为关键。就目前而言，建筑的耗能减震主要是通过设置阻尼器来完成，不同类型的阻尼器对于建筑性能的影响自然也有不同，本文以某工程12层钢框架结构为研究对象，通过设置两种不同阻尼器进行分析对比摩擦阻尼器和金属阻尼器对结构减震性能的影响规律，分析结果为高层钢结构耗能减震设备的应用提供参考。

1 工程概况及模型建立

某商业综合楼，层数为12层，总高度48.3m，结构形式为钢结构，总建筑面积6471.31平方米，抗震等级为一级，设计使用年限50年。该工程抗震设防类别为重点设防（乙）类，本工程抗震设防烈度为7度（0.15g）。地震分组：第三组，场地类别：Ⅱ类。本文采用有限元分析软件ANSYS建立模型进行分析，梁、柱均采用Beam188单元，楼板采用Shell63壳单元，为方便计算，用Combin40单元模拟阻尼器。

2 阻尼器对于结构固有震动特性的影响

结构的固有振动特性，主要是指：（1）振动形态（振型或模态）;（2）自振周期（或频率）。通过对两种阻尼器的振型分析，结构第一振型为X方向位移、第二振型为Y方向位移、第三振型为扭转，模型基本合理。通过数据对比其前6阶自诊周期和频率，两种类型阻尼器对结构刚度均有一定影响，其中金属阻尼器的设置对结构刚度影响较大，安装金属阻尼器的建筑自振周期明显减弱，而设置了摩擦型阻尼器的建筑自振周期影响较小。

3 阻尼器对结构层间位移的影响

根据模型数据，建筑在金属阻尼器和摩擦型阻尼器均对于结构的层间位移都有很好的控制作用，其中金属阻尼器对位移的控制作用更明显。在多遇地震作用时金属阻尼器对建筑层间位移的影响比摩擦型阻尼器减幅增加9.7%，罕遇地震时影响程度提高11.7%，总体而言，金属阻尼器的减震效果要优于摩擦型阻尼器。

4 阻尼器对结构层间剪力的影响

通过数据分析，结构在多遇地震和罕遇地震作用时，设置金属阻尼器的建筑层间剪力偏大。在多遇地震时，相比于摩擦型阻尼器而言金属阻尼器控制的结构层间剪力增加2.5%左右;在罕遇地震时，金属阻尼器控制的结构层间剪力则比摩擦型阻尼器高出20%左右。

5 结论

本文主要是针对两种不同类型的阻尼器进行了对比分析，摩擦性阻尼器和金属阻尼器的工作机理存在区别，因此对于结构的影响也会有所不同，通过分析得到以下结论：

（1）金属阻尼器对于结构的刚度影响大于摩擦型阻尼器，设置金属阻尼器的建筑，结构固有特性改变较大，自振周期明显减小，频率提高，而摩擦型阻尼器对结构固有特性的影响则较小。

（2）在结构位移控制上，在多遇地震作用时金属阻尼器对建筑层间位移的影响比摩擦型阻尼器减幅增加9.7%，罕遇地震时影响程度提高11.7%;在层间剪力控制上，相比于摩擦型阻尼器而言金属阻尼器控制的结构层间剪力增加2.5%左右;在罕遇地震时，金属阻尼器控制的结构层间剪力则比摩擦型阻尼器高出20%左右。总体而言，在高层钢结构建筑中，在一定情况下金属阻尼器的减震性能略优于摩擦性阻尼器。

参考文献：

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