减隔震组合技术在钢框架结构抗震中的应用研究

2020-03-18张晓雷

建材与装饰 2020年6期

张晓雷

（江西理工大学建筑与测绘工程学院江西赣州 341000）

0 引言

近年来，由于人们对建筑抗震防灾的要求日益提高，传统抗震结构一味的加强结构强度所能达到的综合效益变的越来越低。而建筑隔震作为一种新的抗震思路被越来越多的运用在实际工程中，并且随着隔震技术的不断发展，隔震支座的位置也越来越灵活不再只是早期仅在基础底部设置，以隔震层设于首层柱顶居多的层间隔震建筑也逐步出现。层间隔震的出现，使隔震支座的布置位置灵活多变，为隔震支座在工程中的使用提供了更多的可能性，但层间隔震却对隔震层以下的加速度无法很好的抑制，因此本文引入了粘滞消能支撑，将隔震和减震两种技术组合在一起[1]，为隔震设计提供新的思路。

1 钢框架隔震结构的分析与设计

1.1 工程概况

本文以某钢框架实验楼为例进行分析，总平面尺寸为24m×15m，本实验楼为地上四层建筑，第一层的高度为3.9m，二～四层的高度为3.6m，建筑的总高度为14.7m。实验楼整体框架采用材料为钢梁和钢柱构造，采用现浇钢筋混凝土结构楼（屋）盖，其中基础采用现浇钢筋混凝土构造的钢柱下双向交梁条基。由建筑抗震设计规范可查，遭遇多遇地震时水平地震影响系数最大值αmax=0.16，罕遇地震作用时水平地震影响系数最大值 αmax=0.90。

1.2 隔震层初步设计

钢框架隔震结构是上部楼层的刚度远大于隔震层的刚度，同时将输入的能量大多汇集在隔震支座上[2]的结构。本文中通过计算和校核，最终确定将型号为普通橡胶支座LNR500和铅芯橡胶支座LRB600两种隔震支座混合使用。铅芯橡胶支座与普通橡胶支座的区别在于将中部的散热空心替换为铅芯，此铅芯具有拦截从地面传到上层结构的地震破坏的用途，与此同时，铅芯橡胶支座为结构提供了刚度和阻尼。铅芯橡胶支座与普通橡胶支座由于各自的特点，在隔震层也将会具有不同的作用，铅芯橡胶支座与普通橡胶支座的不同布置方式也将会对隔震效果产生很大的影响。因此本文拟在四周柱顶布置铅芯橡胶支座，天然橡胶支座布置中间柱顶[3]，采用此种混合方式，一方面可以利用铅芯结构的大阻尼结构抗扭转性将会增强，另一方面利用普通橡胶支座吸收更多的地震能量。本文隔震支座在薄弱层的具体布置位置如图1所示。

图1 隔震支座具体布置

1.3 结构有限元模型的建立

应用有限元程序SAP2000，当隔震支座位于首层薄弱层柱顶时建立柱顶隔震模型，如图2所示。

图2 柱顶隔震三维模型

由于首层柱底隔震在钢框架结构中应用较少，本文另个一方面可以验证隔震技术在钢框架结构中也是有效的。

2 减隔震组合技术在柱顶隔震建筑中的应用

2.1 粘滞阻尼器在SAP2000中的模拟

SAP2000是一款应用成熟的有限元模型建立和分析软件，软件中的消能减震装置是通过支座之间的连接进行模拟实现，软件中具有专门的隔震支座模拟连接选项。同时本文在薄弱层放置粘滞阻尼支撑时，SAP2000中有专门的阻尼（Damper）连接选项。该模块本身可以模拟线性的构件，也可以模拟非线性构件，程序SAP2000应用于结构线性分析时，自动采用线性属性，当结构进入非线性阶段时，会采用自带的非线性属性。

2.2 支撑与隔震支座组合体系建立

本文是在首层柱顶以上述布置方式布置隔震支座。并且在隔震层的下部即薄弱层中适当的布置粘滞消能支撑，其中粘滞消能支撑是在节点之间将粘滞阻尼器与支撑串联起来，在薄弱层以对角斜撑进行安装，在布置时考虑钢框架结构实验楼的功能，因为在地震的作用下，框架结构以剪切破坏最为明显，底部薄弱层破坏最明显，将粘滞阻尼支撑安装在隔震层下的底层时减震效果最好，粘滞阻尼支撑大大增加了框架的阻尼，而对结构本身自振周期没有影响，也没有增大结构的刚度。粘滞阻尼支撑的布置可以吸收和消耗大量薄弱层的地震能量，大大减小隔震层以下薄弱层的加速度反应，恰恰与层间隔震支座的布置构成功能上互补的关系，从而明显增强钢框架结构的抗震性能，两者的组合减震功能就是本文的创新之处。