（山东科技大学，青岛 266590）
摘要：随着科学技术和社会经济的发展，超高层建筑数量日益增多，建设高度也在不断刷新。传统的刚性方案已经无法经济有效地解决超高层建筑对风荷载和地震荷载的承受问题。为节约工程中的材料成本并提高结构抗震性，阻尼方案的优势凸现，现已逐渐代替传统刚性方案，成为新建高层建筑的首选方案。本文对黏滞阻尼器的工作原理和布置方案进行了阐述，并浅析其在超高层建筑应用中的优越性，旨在为建筑设计提供理论依据。
关键词：超高层建筑；刚性方案；抗震性；阻尼方案；优越性
引言
根据我国建筑设计相关规定，超高层建筑是指高度大于100米或者层数超过32层的建筑物。超高层建筑的高度与国家技术和经济水平密切相关，但随着高度的增加，建筑物结构的侧向刚度降低，抵抗水平荷载和地震荷载的能力亦随之降低。传统的抵抗侧向压力的方法是通过提高抗侧构件截面尺寸和数量等参数进而提高截面刚度。该方法不仅增加建设成本，增大建筑结构刚度，还会极大程度地降低建筑物对地震荷载的抵抗能力。近年来，为了改善传统刚度方案，结构设计师们提出取而代之的阻尼方案，该方案不增加建筑物整体刚度，通过黏性液体在孔隙中流动产生的阻尼力消耗地震产生的能量。由于其安全经济及可充分满足结构设计要求等优点，已逐渐成为建筑设计领域的研究热点，在消能减震中更是广为应用。
2 黏滞阻尼器及其布置方式
黏滞阻尼器，是指根据黏性介质通过孔隙产生阻尼力消耗能量的原理而制成的一种与建筑刚度、流体速度相关的阻尼器，是超高层建筑物中最常用的阻尼器之一。其中，在建筑中广泛应用的黏滞阻尼器主要有杆件黏滞阻尼器和黏滞阻尼墙，杆件黏滞阻尼器通常是由油缸、活塞、活塞杆、节流孔和控制阀等组成，当承受风荷载或者地震荷载时，建筑物内部发生弯曲变形，建筑物各层之间发生剪切变形，通过这两种变形推动活塞杆往复运动。在活塞杆运动时，黏性流动介质在该黏性阻尼器节流孔中流动产生阻尼力，耗散结构的能量，从而达到抗风和抗震的效果。黏滞阻尼墙是由内外钢板和黏性流动介质组成，利用黏性流动介质阻碍板间相对运动，降低结构的动力反应，消耗能量，是一种性能优越的效能抗震部件[1]。
为了更好的发挥作用，黏滞阻尼器通常布置于建筑物在风荷载和地震作用下产生变形和位移较大的部分，并且上下布置数量相近。不同布置方式也影响着黏滞阻尼器效用的发挥。杆件黏滞阻尼器一般与斜支撑串联后布置在两个楼层之间。目前在工程实际中主要有对角形、人字形、肘节形、剪刀形和加强层竖向布置等布置方法[2]。对角形、人字形、肘节性和剪刀形都依靠各层之间的剪切变形发挥作用。对角形布置相对位移小于层间位移，人字形产生的位移等于层间位移，而剪刀形和肘节性杆件产生的位移大于层间位移，可以放大位移，具有提高阻尼器效率的作用。但剪刀形和肘节性构造复杂，安装困难，在实际项目中通常使用对角形和人字形。加强层竖向布置是利用构件弯曲变形引起阻尼器两端位移。黏滞阻尼墙布置在层间，内板和外板分别固定在上、下两层之上，黏性介质放于内外板之间。黏滞阻尼墙在日本运用比较广泛，但在中国应用还比较少。
3 黏滞阻尼器的应用及优势分析
利用阻尼消耗能量的技术在其他领域已早有应用。从二十世纪七十年代结构振动控制的概念被美国学者Yao提出后，人们已经逐渐把阻尼器运用到建筑，桥梁和铁路等工程上[3，4]。在国内从汶川地震之后，黏滞阻尼器研究和应用更是受到了人们的重视，得到了迅速的发展，并被切实应用到多项新建工程和加固工程中。[3]
传统刚性方案通过增加剪力墙厚、提高混凝土强度、改变框架梁和框架柱截面面积或者增加附加剪力墙和支撑等方法提高建筑物刚度，以“硬抗”的方式抵抗侧向变形和地震产生的能量。黏滞阻尼器利用消能减震技术，加大阻尼力，提高抗震性能，在超高层建筑防风抗震中具有较大优势，具体分析如下。
（1）周期
设计特征周期是在抗震设计是地震影响系数曲线的下降段起始点所对应的的点。自振周期、尤其是基本周期大于设计特征周期可以减小地震影响系数，降低地震作用下的动力反应。特别是高柔、大跨结构的，周期变化对地震力的影响更大。
传统刚性方案最大的缺点就是在提高建筑物刚度，降低整体周期，削弱了抵抗大震的能力。应用黏滞阻尼器的建筑物平动周期和扭转周期相对较高，扭转周期比相对较低，更容易满足规范的要求。
（2）基地剪力
与刚性方案相比，在地震波激励下应用黏滞阻尼器能减小各方向基地剪力和倾覆力矩，改善结构受力，降低地震作用下的结构内力。
（3）层间位移角
为满足承载力、稳定和使用要求应限制结构在风荷载和多遇地震作用下的水平位移。在动力反应下阻尼方案较传统抗震方案层间位移角较小，各个方向上在承受相同荷载是位移相近，结构效率发挥更加充分。
（4）竖向荷载
应用黏滞阻尼器能够减少上部结构构件的数量，节约材料，减轻建筑物自身重量，降低竖向荷载。
（5）阻尼比
黏性阻尼器加大结构的阻尼比，在无需提高结构刚度的条件下消耗结构在地震和风荷载作用产生的能量，降低动力反应，从而提高建筑结构的等级。
（6）经济性
在高层建筑中应用黏滞阻尼器可以提高结构抗震性，减小结构承重构件截面面积和支撑数量，降低单位面积用钢量，减小前期建设费用。上部构件减少也使空间增大，提高舒适度。同时合理的布置方案，可以减少黏滞阻尼器的数量，提高经济利用率。层间位移会引起结构构件屈服甚至破坏，也会损坏一些非承重构件，例如装饰构件和部件。此外，大风和多遇地震还会引起动力反应，可能会极大降低家具、电器等设备的使用寿命。传统刚性方案很难将两个兼顾，提高刚度减小层间位移，就会降低周期，产生更大的地震作用，增加结构动力作用。黏滞阻尼器可以减轻动力反应产生的影响，减小层间位移和加速度引起的损失，降低维损费用。
结语
本文通过对黏滞阻尼器的工作原理和布置方案进行阐述，并浅析其在超高层建筑应用中的优越性，旨在说明合理的布置方式，可显著提高黏滞阻尼器的利用率，减少黏滞阻尼器的使用数量，降低建设费用和后期维护费用，凸显阻尼方案的优势及未来广阔的应用前景。
参考文献
[1]丁洁民, 王世玉, 吴宏磊. 黏滞阻尼器在超高层结构设计中的应用[J]. 建筑钢结构进展, 2016, 18(4):46-52.
[2]刘莎, 甄侦, 谢仁生. 关于黏滞阻尼器在结构中的布置位置及安装方式[J]. 四川建材, 2010, 36(4):36-37.
[3]欧进萍. 土木工程结构振动的智能控制研究与发展[C]// 国际结构控制与健康诊断研讨会. 2000.
作者简介：张天翼（1997-），男，汉族，黑龙江齐齐哈尔市人 ，本科在读，研究方向：土木工程。
论文作者:张天翼 韩翔 于光泉
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2018年5月上
论文发表时间:2018/10/8
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