摘要：进入21世纪以来，随着我国社会经济的发展和城市化进程的加快，超高层建筑变得越来越普遍。这些建筑承担着重要的城市使命且造价昂贵，是城市建筑的重要组成部分。如何有效地提高超高层建筑的抗震性能以及结构经济性，是超高层建筑快速发展的关键问题。消能减震技术是其中的解决方法之一。消能减震技术通过附加阻尼装置来耗散地震输入到结构的能量，进而降低结构的动力响应。消能减震装置主要包括黏滞阻尼器、金属阻尼器、摩擦阻尼器和黏弹性阻尼器等。其中，黏滞阻尼器具有耗能能力强、不附加静刚度等优点，逐渐被应用于超高层建筑的抗震设计当中。
关键词：黏滞阻尼器；超高层结构设计；应用
1 黏滞阻尼器的类型与构造
1.1单出杆黏滞阻尼器
单出杆形式应用较为广泛，是最早的种类。由于当活塞杆向靠近阻尼器腔体的方向运动时，是从外部向内部运动，因此油缸的体积并不会变化，再加上阻尼材料原则上不可压缩，则腔体的油压就会快速加大。压强过大时活塞便停止移动，就会形成所谓的“顶死”。反之，当导杆向外部方向运动时，出来的那部分导杆，其原本所在油缸内容积得不到补充，油缸会形成“空腔”的现象，阻尼器油腔内的压力便会迅速降低，有时可能会导致“真空”现象的产生，停止导杆移动。
为了改善这种短板，产生了一种新的阻尼器种类，当杆向内部运动时，附加装置中会流入一部分流体，反之，油液便会流回，用这种方法来控制。压力阀和单向阀也可用于附加装置中。然而这种结构加工不易，其发展不太理想。
1.2双出杆黏滞阻尼器
主要由缸体和活塞组成。其两边都有活塞杆，这是与单出杆流体阻尼器最明显的不同。其余位置的构造基本一样。只有主缸内填充阻尼材料。因其特殊的构造形式导致总体积不改变的关系，压力自然不会发生过大的变化，大大地改善了上述缺陷。该类型滞回曲线更接近于椭圆，阻尼力可观，抗震性能自然较好。并且其具刚度较小，在大震作用中，表现也不错。
1.3孔隙式黏滞阻尼器
活塞上留有一定数量的孔隙，在活塞与缸筒的内壁实现密闭。其阻尼孔是这种类型的特点，同时也是评价茹滞阻尼器好坏的标准。阻尼孔是等直径的圆柱孔。因勃滞介质的耗能原理不同，可以分为三类：
1.3.1毛细管式：阻尼孔较大。
1.3.2薄壁式：阻尼孔的孔径和其长度差异无明显差异。
1.3.3组合式：阻尼孔的尺寸在直径两倍到十倍之间，耗能的手段主要是滞耗能和孔缩耗能两种。
1.4间隙式黏滞阻尼器
在活塞与缸筒的内壁存在较小空间，是该类型的最大特点。通常分为平行与不平行间隙。这两类的原理大致一样，区别是：不平行间隙所附加的阻尼是可以变动的。
当活塞向内部运动时，由于间隙而产生摩擦以提供阻尼。其余构造与上述类型阻尼器基本类似。该类型也存在弊端，间隙的大小不太好掌握。这种类型的优点，就是构造和加工相对容易。
2 黏滞阻尼器在超高层结构设计中的应用
2.1晋中汇通大厦
2.1.1工程概况
晋中汇通大厦位于山西省晋中市，由超高层塔楼和北侧商业裙房组成，主要功能为办公、酒店和精品商业。总建筑面积为18.6万m2，地上建筑面积为11.7万m2，地下建筑面积为6.9万m2。地上通过设缝将超高层塔楼与裙房分割开。塔楼主体结构地上45层，沿竖向设置4个设备层（兼做避难层），结构总高度为220.4m。办公层层高为4.3m，酒店层层高为3.9m，设备层层高为5.6m。塔楼平面轴线尺寸为40.0m×41.2m，核心筒居中布置，平面尺寸为20.2m×21.9m，核心筒面积占底部标准层面积的24.0％。整个塔楼建筑平面、立面布置规则。抗震设防烈度为8度（0.20g），设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅲ类，场地特征周期为0.45ｓ。
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2.1.2设计思路
该项目位于高烈度地震区，且属于超限高层建筑结构，对结构抗震技术要求较高。经初步分析后发现，若采用框架－核心筒结构体系，结构由侧向刚度控制；为提高结构侧向刚度，必须引入两道伸臂桁架和两道环带桁架，才能满足规范对层间位移角的限值要求。然而，采用传统刚性加强层进行抗震时，主要有以下缺点：结构刚度大，地震作用大；加强层将引起结构刚度和楼层承载力突变，形成薄弱层；加强层刚性构件耗能效果小，主要依靠核心筒连梁和墙肢；施工难度大，工期长，造价高。
因此，为了避免刚性加强层带来的以上抗震问题，提出柔性加强层方案，采用黏滞阻尼伸臂技术进行抗震。黏滞阻尼伸臂是将传统的伸臂桁架在外框柱处断开，连接以竖向布置的黏滞阻尼器。该框架－核心筒结构的侧向变形主要以弯曲变形为主，黏滞阻尼伸臂可以很好地将核心筒的弯曲变形转化为黏滞阻尼器的竖向变形，进而可以有效地发挥阻尼器的作用。
2.1.3结构方案选型
根据设计思路，提出两种方案进行比选：
1）刚性方案
型钢混凝土外框架＋钢筋混凝土核心筒＋伸臂桁架和环带桁架（10Ｆ和27Ｆ）混合结构体系。
2）阻尼方案
型钢混凝土外框架＋钢筋混凝土核心筒＋消能减震伸臂桁架（27Ｆ）混合结构体系。
2.2厦门某超高层住宅
2.2.1工程概况
该项目位于厦门市，地上62层，建筑高度约为249.95m。底层层高为7.24m，标准层层高为3.6m，地下室一层层高为7.3m，嵌固端取在地下一层底板。塔楼平面轴线尺寸为74m×33.7m，结构高宽比为7.42。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g。10年一遇风压标准值为0.5KN•m－2，50年一遇风压标准值为0.8KN•m－2，100年一遇风压标准值为0.95KN•m－2。
2.2.设计思路
该项目具有以下特点：
结构高宽比较大，达到7.42；建筑功能要求高，可布置的结构墙（支撑）位置不多；建筑恒荷载和水平荷载很大；由于该项目属于高档公寓，对舒适度有较高的要求（结构顶点风振加速度限值为0.15m•ｓ－2）；地震作用和风荷载都比较大，属于双控结构。
该项目控制指标包括结构变形和舒适度，为解决以上两个关键问题，主要有两种设计思路：增加结构的刚度；增加结构的阻尼。当采用增加结构刚度的方法时，虽然可以改善结构的舒适度，但是同时也会增大结构的地震作用，使构件尺寸加大，不够经济；当采用增加结构阻尼的方法时，不仅可以改善结构的舒适度，同时由于附加阻尼的作用，使结构的地震作用变小。通过初步分析发现，该超高层结构的中、上部主要以弯曲变形为主，下部主要以剪切变形为主。为充分利用结构体系的变形特点，在结构的中、上部布置两道黏滞阻尼伸臂，在结构的中、下部竖向布置黏滞阻尼墙。
3 结束语
总之，本文通过两个新型的黏滞阻尼器在工程实例中的应用，可以得出以下结论：黏滞阻尼器既可用于抗震又可用于抗风，可以减少结构的动力响应；根据结构侧向变形的特点，可采用不同类型的阻尼器或采用不同的安装方法，尽可能充分发挥阻尼器的耗能效率；在同一结构中，根据结构不同位置变形的特点，可混合应用多种类型的阻尼器；恰当地运用黏滞阻尼器，可以降低结构的造价。
参考文献
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论文作者:万云华,梁佶,王博
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/7
标签：结构论文; 阻尼论文; 阻尼器论文; 刚度论文; 桁架论文; 塔楼论文; 层高论文; 《基层建设》2017年第30期论文;