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摘要：近年来，地震的发生给各个震区带来了巨大的人员和经济损失，而人员集中的办公楼情况更为严重，因此，对办公楼进行减震设防、提高办公楼的抗震能力十分必要。本文概述了消能减震技术的流程、耗能设备（阻尼器）的分类以及消能减震技术在办公楼中的应用；并结合某综合办公楼的施工案例，简述了消能减震方案的设计和分析，以及该技术的优势。
关键词：消能减震；阻尼器；方案设计
传统的抗震加固通常采用的增大截面面积的方法，这种方法不但占用较大的空间，影响办公楼的正常只用，还提高了结构的刚度，导致地震作用呈现增加的趋势。而消能减震技术的发展，很好的解决了上述问题。
1消能减震技术的概述
1.1消能减震加固的一般流程
其流程主要分为：（1）首先要对原来的建筑结构展开建模分析，从中得出该建筑物的薄弱环节，并确立抗震设防的目标；（2）对原来的建筑物进行充分的了解，包括其良渚结构、层刚度、阻尼、自振周期等等；（3）通过计算需要阻尼的数目以及各种参数，并对其位置进行深度的优化；（4）确定阻尼的型号：其依据是阻尼的最大行程、阻尼力以及系数等参数；（5）最后对阻尼器进行布置，完成加固设计。（6）通过基于计算机手段的软件建模方式，检测梁柱构件的最大内力和层间位移，来观察最终的减震效果。
1.2消能减震阻尼器的分类
阻尼器是一种可以提供运动阻力的耗能设备，通过增设阻尼器的耗能减震技术，在减震工程这种的应用已经相对成熟，具有安全有效、且经济实惠的优点。常见的阻尼器的安装位置有：主附构件间、节点处、上部构件，相邻建筑间、层间等等根据结构和阻尼力大小等，可以将阻尼器分为以下几种类型：（1）金属阻尼器，这种阻尼器是通过金属的非弹性变形来进行消能的；通常使用的有形状记忆合金阻尼器、软钢阻尼器、铅阻尼器等种类；（2）摩擦阻尼器，其耗能的原理是通过2个固体的相对滑动生成的摩擦力；经常使用的是由日本生产的Sumitomo摩擦阻尼器；（3）粘滞阻尼器，它的耗能是通过豁稠液体粘性加以实现的。而根据容器的类型又能将该阻尼器分为两种：其一是强制密闭容器中的液体穿过阻尼孔实现耗能的目的，常见的有Jarret、Taylor；另外一种是利用开口容器中液体的变形来消耗能量，常见的有阻尼墙和圆柱筒形阻尼器（4）粘弹性阻尼器，与粘滞阻尼器的原理相似，只是所用介质不同，它是通过粘弹性材料的剪切变形来达到消耗能量的目的；该阻尼器的构成主要包括两部分：约束钢板以及粘弹性材料；这种阻尼器的使用时间已经很长，早在1969年纽约世贸大楼中已经已有应用[1]。
2消能减震技术施工案例的分析
2.1工程概况
本文以威海某地的一座综合办公楼的减消能震工程为例。该楼的主体结构为地上7层，其中1至4层是餐厅，其余楼层均为办公用地，是框架结构。整个办公楼的长、宽、高分别为72.35m、30m、23.65m；其中一、二层的楼层的高度分别是3.25m、3.3m，七层的高度是3.5m，其它楼层的高度均为3.5m。经确认，该地的场地类别属于I类，抗震设防烈度为7度，基本的地震加速度为0.10g。
2.2消能减震结构的方案设计
本次工程中，根据办公楼功能的要求和两个方向上侧移的大小，进行了如图1所示的阻尼器布置位置。根据阻尼器应设置在位移较大位置的原则，并结合前期的计算结果（2、4层层间位移较大），初步设计在1至4层不阻尼器，并在每层安置4个，总共16个。但采用的支撑方式有所不同，在1、2层采用的人字支撑的方法，而3、4层使用的是对角斜撑的方法。
2.3消能减震结构的方案的分析
经过详细的计算发现，本次工程中阻尼器的非线性性能不能得到很好的实现，因此，要经过结构调整来解决这一问题。在利用ETABS软件分析后，从以下3个角度进行了分析比较，并获得了不同地震发生频率下办公楼的有效阻尼比。
（1）确定阻尼器的参数。本次工程中使用了粘滞阻尼器。在对其的各种参数进行了的分析后，确定了它的阻尼系数、指数，对打阻尼力和行程。
（2）分析结构的动力特性。通过ETABS软件构建了办公楼的三维模型（图2）。通过这种方法计算的周期比用PKPM计算的加固前后结构的周期长，其主要原因是前者采用的是刚性楼板，而后者采用的是弹性楼板，降低了办公楼的刚度，使周期加长。
图2 ETABS计算模型
（3）地震频发的分析。地震经常发生的情况下，就要求办公楼处于弹性状态。在本次工程中，为降低随机性地震波对办公楼的影响，对地震频发情况下办公楼的反应进行了分析，主要是要通过振型分解反应谱的计算方法，计算过程中阻尼器采用非线性。对施工前后，办公楼的层间位移角和剪力比较发现（表1），加固后，两者均有所减小，其中前者减小的程度较大。
（4）分析偶遇地震情况下办公楼反应。在地震的强度较大时，应当通过静力非线性或者非线性时程的方法进行分析，本次工程中采用的是后一种分析方法。最后得出，设置阻尼器后，办公楼的位移和层间位移角显著降低，满足了规定的要求，减震效果较佳[2]。
3办公楼中应用消能减震技术的优越性
3.1技术上的可行性
消能减震技术是利用耗能装置（阻尼器）来消耗地震发生时产生的能量，从而保护办公楼的安全。而且一般具有主体结构的跨度越大、高度越大，产生的效果将会越明显。
3.2经济上的实用性
耗能减震技术利用变形消耗能量的方法来减小地震对办公楼的损坏，具有降低配筋、构造断面等作用，极大升高办公楼的抗震安全度。此外，将消能减震技术应用于旧办公楼的抗震加固时，其成本会比传统的方法降低10%至60%。
3.3可修复和更换性
地震发生后，可以对已经损坏的消能构件进行修复或者更换新的构件，能够确保办公楼快速的正常使用，减小其它方面的损失。
3.4安全性能高
消能减震这种技术构建了具有强大消耗能量的耗能设备或者非承重性能的耗能构件（比如剪力墙等等）。在发生地震时，这些设备或者构件会第一时间消耗办公楼的地震能量，尽量减小地震对办公楼造成的毁坏，保障办公楼内人员、机器设备的安全[3]。
4结语
在进行抗震加固时，应该根据国家规定的标准，结合建筑物结构自身的具体问题，制定有效可行的消能减震方案，在做到保证建筑物抗震能力显著提高外，还应考虑到资金上的问题。对已建的建筑物进行减震设防，不仅能减小成本，还能达到防震的新要求，使大批的旧的建筑物焕发出新的活力。
参考文献
[1]马路.浅谈消能减震技术在工程结构抗震加固中的应用[J].安徽建筑,2007,03:80-81+86.
[2]岳庆霞,张鑫,王琴,于绍兰.某综合楼增设消能减震支撑的抗震加固分析与设计[J].建筑结构,2012,S1:489-492.
[3]杨林曙.消能减震技术在建筑抗震加固中的应用探讨[J].陕西建筑,2013,02:11-13.
论文作者:陶伟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/4
标签：办公楼论文; 阻尼器论文; 阻尼论文; 技术论文; 结构论文; 构件论文; 位移论文; 《基层建设》2017年第20期论文;