上海堃熠工程减震科技有限公司 上海 201806
摘要：采用剪切型金属抗震阻尼器对山东某幼儿园框架结构进行优化，采用PKPM软件计算分析结构各性能指标，与原结构方案在层间位移角、基底剪力和工程量方面进行了对比分析，结果表明在结构性能指标没有明显变化的情况下，剪切型金属抗震阻尼器方案减少了工程量，降低了结构的造价。
关键词：剪切型金属抗震阻尼器；消能减震；经济优化；PKPM
0 引言
剪切型金属抗震阻尼器的工作原理是利用阻尼器芯板平面内产生剪切变形进入屈服以达到消能减震的目的。该类产品应用多，技术成熟，产品的滞回曲线稳定、疲劳性能好、变形能力强、维护方便，价格相对较低，是较为常用和理想的耗能减震产品，已经被广泛应用于结构抗震减震设计。
将剪切型金属抗震阻尼器应用到框架结构上，可增加框架结构的抗侧刚度，同时通过其滞回耗能的能力，有效的消耗地震能量，降低原有结构的地震反应。从而对原结构的构件截面进行优化，有效的降低工程造价。
1方案说明
本项目位于山东省临沂市，抗震设防烈度8（0.3g）度，设防地震分组为第二组，场地土类别属II类（Tg=0.40s）。本项目地上三层，采用框架结构，主屋面高度10.80m。
高烈度地区学校建筑（框架结构）具有以下一些典型特点：
a、地震设防烈度高，地震作用大（8度0.30g），如果用常规做法梁柱截面只能做的很大才能满足规范的要求，这是结构设计的主要难点所在；
b、主体结构采用框架结构，具有刚度弱，楼层位移大，抗侧和抗扭刚度较弱，常规做法只能将结构外围梁柱截面做的较大才能满足规范的要求，对建筑使用功能影响较大；
c、构件配筋较大，施工难度大；
d、采用减震技术相比常规结构有一定的经济
技术优势，可显著优化结构构件尺寸和配筋，降低主体结构造价，方便施工；
e、政策要求必须使用减震技术。
根据上述特点，剪切型金属抗震阻尼器比较适合于本项目，这种类型的阻尼器体积小，连接形式多种，耗能能力强，既可提供刚度也可在小震下提供附加阻尼比，符合本工程的特点，此类阻尼器也属于阻尼器产品中较为成熟和价格较低的类型，综合来看对本工程来说性价比较高。
同时该类阻尼器产品正常使用年限同主体结构，安装方便，且一般情况下免维护（部分阻尼器，如黏滞型的，需要十年或二次装修时检测维护），后期投入小，从安装维护角度来看也更适合本工程。
因此本项目采用剪切型金属抗震阻尼器（墙式连接形式，详图4），多遇地震下屈服耗能。
图4 剪切型金属抗震阻尼器的墙式连接
本方案在结构1~2层一共布置了16组剪切型阻尼器，所有阻尼器位置均结合建筑位置选择，不对建筑物的外观和使用功能产生影响。各楼层阻尼器位置详见下图。阻尼器为主体结构提供不少于4.0%的附加阻尼比（即结构总阻尼比为9.0%）。通过设置阻尼器，主体结构的地震力可以降低，同时起到了一定的增强和调节主体结构刚度的作用。
PKPM三维模型图（红色为墙式抗震阻尼器位置）
2 两种方案对比分析
为比较减震方案和原方案的结构特性，本方案采用PKPM计算程序，除阻尼比参数外，结构模型中其它各参数设置不变，分析结果如下：
减震方案在楼层位移角有相当富余的前提下，1~3层柱截面从600x600mm减少至500x500mm。
减震方案合计节省混凝土约44m3，节省钢筋用量约3.24t（钢筋用量=程序统计值*1.2），主体结构节省量约为4.04万。（钢筋综合单价5000元/t，混凝土综合单价550元/m3），另外由于自重减轻，基础费用也有相应的降低。
减震措施费（含产品、节点、安装）合计约为19万元，扣除主体结构节省部分，实际减震费用约70元/㎡。
3结论
从政策和技术角度来说，本工程采用基于墙式连接的剪切型金属抗震阻尼器的消能减震方案比较适合，本方案的特点和优势如下几点：
a、减震方案中阻尼器布置位置均结合了建筑的要求，对建筑功能不产生影响，减震结构的计算结果均符合规范要求，指标合理，方案切实可行。
b、减震方案在主体结构施工过程中设置预埋件即可，阻尼器在建筑墙体砌筑前进行安装，与主体结构可交叉施工，不会对施工进度产生影响。
c、黏滞阻尼器等速度型阻尼器，价格较高，且维护检测费用高（乙类建筑需抽检50%），需要定期维护和抽检，而本方案所选用的剪切型阻尼器属于金属位移型阻尼器，使用寿命同主体结构，后期免维护，抽检费用低（3%且不少于两件），也无附加措施费，性价比较高。
?d、相比隔震技术，基于剪切型金属抗震阻尼器的减震方案，对建筑无影响、总造价低、对工期无影响、附加措施和费用低、安装维护方便、施工渐变快速、后期维护费用低、使用寿命同主体结构，优势明显。
?e、由于采用了减震技术，主体结构地震力较传统抗震方案有较大幅度的降低，因此，抗侧构件的截面也有相当幅度的减少，在楼层位移角有相当富余的前提下，1~3层柱截面从600x600mm减少至500x500mm。上述优化既可降低主体结构的造价，又对建筑布局改善、使用面积增加等都有帮助。
?f、由于剪切型金属抗震阻尼器具有很好的塑性变形及耗能能力，结构在采用消能减震技术后，结构在罕遇地震下的抗震能力较传统抗震结构提高20%以上，可通过后期的罕遇地震的弹塑性分析进行验证。
参考文献
[1]《建筑消能减震技术规程》JGJ297-2013
[2]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
[3]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010
论文作者:秦力彪
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/7
标签：结构论文; 阻尼器论文; 方案论文; 主体论文; 金属论文; 建筑论文; 截面论文; 《建筑学研究前沿》2018年第17期论文;