基于黏滞阻尼器的建筑结构减震研究论文_栾开运

摘要：传统上，抗震设计增加结构的强度或刚度以承受地震力。刚度主要用于抵抗侧向变形，强度主要用于提高承载力。显然，这种方法简单易行，仅通过添加材料和合理设计即可实现，但随着经济成本的增加，已不能满足城市建设的需要。目前,降低隔振技术的发展,是一种有效的方法取代传统的抗震技术首先提出的美籍华人学者姚挚萍的学者,通过给结构在承受振动装置,实现结构的地震力减弱,然后学者开始研究减少结构隔离设备,包括粘性阻尼器,防屈曲支撑,隔离支座等。

关键词：黏滞阻尼器；建筑结构；减震

1 建筑结构减震效果的影响因素及设计流程

粘滞阻尼器对建筑物抗震性能的影响与粘滞阻尼器的位置、粘滞阻尼器的参数、结构本身的阻尼比、地面运动的输入、抗震性能的目标以及隔墙的影响密切相关。

1.1布置位置的选择

对于建筑结构而言，黏滞阻尼器的布置位置直接影响着结构的地震反应（减震效果），通常的布置形式有对角撑、人字撑（如图1所示），由于建筑结构设计最关心的为层间位移，层间位移最大的地方即为理论上最不利的位置，因此粘滞阻尼器的位置布置最先选择在层间位移较大的位置，也就是结构最薄弱的部分，从而很好的实现结构的减震。

图1黏滞阻尼器的布置

人字支撑 对角支撑

1.2 黏滞阻尼器参数的选择

目前用于结构的粘滞阻尼器阻尼指数一般取值在0.3-1.0之间，一般阻尼指数越小，阻尼耗能效果越好，而阻尼系数的取值一般不能太大，阻尼系数太大，则阻尼力越大，造成经济性较差。

1.3 结构的高宽比

建筑高宽比限值是控制结构抗倾覆性能的重要指标，在GB50011-2010《建筑抗震设计规范》中规定，隔震设计时候，建筑结构的高宽比应小于4。由于高宽比决定结构属于高层还是低层建筑，高层建筑由于受到结构高阶振动的影响，其地震反应往往比低层结构复杂，通常情况下随着高宽比的增加，结构的层间位移角增大，因此粘滞阻尼器在高层结构中往往需要安装粘滞阻尼墙形成组合阻尼减震方案。

1.4 地震动的影响

地震动通常可以分为近场地震动和远场地震动，近场地震动具有向前方向性效应和滑冲效应，往往要比远场地震波拥有更大的能量，因此，近场地震动会激发结构更加剧烈的地震响应，往往会对建筑结构产生不可估量的破坏，相应的其抗震设防标准要提高，台湾1999年大地震Chi-Chi波为典型的近场地震波。

1.5 抗震性能目标

建筑抗震设计规范对建筑按其重要性分为甲、乙、丙三类，设防类别不同的建筑设计应该对应相应的设防性能目标，具体的要求见表1。

表1不同建筑设防目标

由于设置阻尼器后，阻尼耗能的方式替代的传统意义上的抗震模式，阻尼器的使用就是为了保证结构关键部位免受地震的损害，最好控制结构变形在弹性之内，因此，抗震性能目标对于采用粘滞阻尼器进行减隔震设计的建筑结构的减震效果存在影响。

1.6 隔墙的影响

中国规范对于隔墙刚度的影响是通过对结构自振周期的折减来考虑。对于砌体隔墙折减系数取值在0.6~0.7，对于框架-剪力墙架构取值为0.7~0.8，框架-核心筒取值为0.8~0.9，剪力墙结构取值为0.8~1.0，规范中隔墙对结构减震效果的影响属于统计意义上的取值，但是对于高层、异性结构，如何考虑隔墙的影响也是重点关注的内容。

1.7 基于黏滞阻尼器的建筑结构设计流程

对于建筑结构，进行基于阻尼器的减震设计应该按照如图2所示的流程进行。

图2设计流程

2 算例分析

本算例以某8层常见的框架结构为例，层高3m，该结构位于8度区（0.2g）,设计地震分组为第二组，场地类别为3类，梁截面采用300mm×500mm，柱截面采用650mm×650mm，楼板厚120mm；楼面横、活荷载取3kN/m2。对采用Sap2000建立框架结构的分析模型，进行减震计算。黏滞阻尼器布置在结构每个角布置2个，分别为X、Y方向，X方向选用黏滞阻尼器的阻尼指数为0.4，阻尼系数为700kN/(m/s)а，Y方向选用黏滞阻尼器的阻尼指数为0.3，阻尼系数为600kN/(m/s)а。选取三条地震波进行罕遇地震分析。有限元模型如图3所示，地震波如图4所示。计算结果见表2。

图3有限元模型

图4地震波

表2罕遇地震下各楼层最大层间位移角

通过计算结构的层间位移角，发现无论是非减震结构还是减震结构，低层结构的层间位移角较大，越高层层间位移角越小，三条地震波的地震反应结果略有不同，是由于不同地震波频谱特性不同，总体的规律一致。黏滞阻尼器对结构的层间位移角控制效果较好，结构的减震率达到了50%，黏滞阻尼器在地震中吸收了大量的地震能量，且激发的阻尼力增加了结构的局部刚度，这样可以避免结构层间位移角过大，造成局部的结构损伤，在强震下结构倒塌的风险，可见黏滞阻尼器在建筑结构的地震破坏控制方面有着很大的优势，是普通结构减隔震设计的优选方案。

结束语：

通过粘滞阻尼器的工作机制的引入,粘滞阻尼器应用于建筑结构安排,参数选择,和粘滞阻尼器在结构阻尼的影响因素进行了系统分析,最后结合一些典型的案例来阐述的建筑结构粘滞阻尼器减少地震作用性能的分析和研究,粘性阻尼器对于层间位移角控制结构具有良好的效果，本文的研究对于推广粘性阻尼器在建筑结构中的应用具有一定的参考价值。

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论文作者:栾开运

论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷24期

论文发表时间:2020/4/26

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