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摘要：不规则建筑结构的消能减震性能相对于规则建筑一般较差，在发生地震时，由于不规则建筑的刚心与质心不一致，容易产生扭转变形，对建筑结构造成严重破坏，甚至导致建筑整体倒塌。因此，不规则建筑的抗震性设计尤为重要，应在地震最不利输入角的情况下，保证建筑的抗震性能能够达到相关标准要求，从而保证建筑的使用安全。本文将探讨最不利输入角度的确定方法，并对不规则建筑结构的效能减震性进行设计，最后通过一个算例来对设计效果进行评估。
关键词：性能不规则；建筑结构；效能减震；设计方法
前言
不规则建筑的抗震性设计是建筑设计的重要内容，对建筑的使用安全有直接影响，特别是在地震频发地区，必须做好建筑结构的抗震性设计。相关研究表明，地球已进入地质运动活跃期，对建筑抗震性设计的研究逐渐引起了行业的高度重视。不规则建筑自身抗震性能较差，在进行抗震性设计时，需要通过布置阻尼器增加建筑结构的附加阻尼比，从而提升建筑整体的抗震性能。在此之前，首先要确定地震最不利输入角以及设计的总体目标。
一、最不利输入角度的确定
不规则建筑是刚心与质心不一致的一类建筑结构体，在受到地震作用力时，建筑不规则结构部分会发生严重的扭曲变形，甚至导致建筑整体垮塌。因此在不规则建筑结构设计中，一定要做好抗震性能的分析和设计。随着建筑抗震性研究的不断深入，消能减震结构的设计方法也越来越多。包括基于直接位移、结合能力谱法和基于弹性多自由度结构的振型分解反应谱法的设计等。无论采用何种方法，地震动力的入射角度都是建筑抗震性设计需要考虑的首要问题。入射角度不同，对建筑结构产生的破坏效果也不同。为保证消能减震结构能够经受住最大程度的地震破坏，首先要确定地震的最不利输入角，在此基础上对不规则建筑抗震性能进行分析和设计，从而实现设计目标[1]。
建筑自身的频率是结构动力响应的主要影响因素之一，发生地震时，地震波会产生不同频率成分的能量输入。其中与建筑自身频率接近的能量会得到放大，进而成为对建筑结构造成破坏的主要影响力。可以采用小波换系数法对地震波进行分解，得到不同频率的能量成分，然后对不同的地震入射角进行分析，确定最不利输入角。地震波分解一般沿x轴和y轴进行，记录不同入射角度的x、y向分量，对其进行小波变换，得出系数图谱，进而提取小波系数曲线，确定有效输入能量。将有效总能量最大时对应的入射角确定为最不利入射角。
二、不规则建筑消能减震结构设计
（一）性能目标及基本设定
不规则建筑的消能减震结构设计目标一般根据业主要求或建筑结构重要性来确定。需要根据要求，使建筑结构的消能减震性能在预计强度水准的地震力作用下能够达到最大值，从而确保建筑的抗震等级。本文在对建筑消能减震结构设计时，首先作出几点基本设定：（1）设定分布荷载为Sn，n为第n阶弹性结构的模态形状变形；（2）Sn仅作用于第n阶模态；（3）结构处于弹性阶段后，采用SRSS法则近似计算结构的最大相应；（4）设定阻尼器的结构模态不变，仅改变模态阻尼比；（5）阻尼器的减震阻尼属于非比例阻尼，且不计对动力方程的耦合影响。
（二）单自由度体系最大位移
采用Pushover分析法，对质量参与系数超过90%的模态结构施加Sn，绘制各阶模态的Pushover曲线，确定与各阶模态对应的单自由度体系最大位移，记作Di。设V1=1时单自由独体系最大位移响应比为D1：D2：…：Dn=V1：V2：…：Vn。采用模态叠加法确定第i阶模态的第k层层间位移响应，记作△uik，进而确定结构层间位移响应，记作[△u]。最后推到出符合抗震性能设计目标的1阶模态对应的最大位移D1[2]。
（三）附加阻尼比
采用能力谱法确定符合建筑抗震性能的附加阻尼比，将D1作为抗震性能点，反推所需阻尼比。其确定过程如下：（1）由1阶模态的Pushover曲线经过转化后作为能力谱曲线；（2）由建筑结构抗震性设计相关规范中的加速度反应谱进过转化后作为位移反应谱，并将其作为需求谱曲线；（3）调节阻尼比，当其与能力谱相交于D1点时，该阻尼比及为所需阻尼比，由此确定附加阻尼比。
（四）建筑每层的阻尼系数
确定附加阻尼比后，将其分配到建筑的每层结构中，对建筑结构模态质量参与系数超过90%的模态进行分析，计算得出层间位移，并将结果进行叠加，记作φrk。并假设第k层阻尼系数与φrk成正比，且阻尼器安装倾角一致，则可通过阻尼系数计算公式确定每层结构的阻尼系数。
（五）阻尼器布置
不规则建筑的阻尼器布置对其在地震中发生的扭转相应有重要影响，因此要确保阻尼器布置位置的合理性，通过合理的位置设计，可以显著降低建筑扭转相应。在不规则平面结构中，应采取偏心布置方式，及阻尼器的布置位置要原理改层建筑结构的刚心位置。而且阻尼器的耗能越大其减震效果也越好。因此，阻尼器布置位置的设计应尽量选取建筑结构层的柔性端，柔性端的层间位移较大，将阻尼器布置在这个位置可以有效降低建筑的扭转响应。
三、工程实例验证
（一）某不规则建筑抗震设计的基本参数
某不规则建筑高8层，抗震设防类别为乙类，设防烈度为8度，整体结构为钢筋混凝土框剪结构，采用上述消能减震结构设计方式，选用非线性粘滞阻尼器，布置在柔性端，其结构基本参数如表1所示。
结束语
综上所述，不规则建筑自身的抗震性能较差，需要进行消能减震结构设计，提高建筑的抗震性，为建筑的使用安全提供保障。在进行消能减震设计前，首先要确定最不利地震输入角，然后按照步骤计算确定建筑的附加阻尼比和每层阻尼比，最终确定阻尼器的布置方式。通过阻尼器的合理布置，提高建筑的抗扭性能和抗震性能。
参考文献
[1]徐阳.基于性能曲线方法的被动消能减震结构抗震分析与设计[D].兰州理工大学,2016.
[2]邓小武.粘滞阻尼消能减震结构的抗震性能分析及应用[D].长江大学,2012.
论文作者:陈建
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/12
标签：建筑论文; 阻尼论文; 不规则论文; 建筑结构论文; 结构论文; 抗震性论文; 性能论文; 《基层建设》2017年第18期论文;