開孔式軟鋼阻尼器在某高層結構設計中的應用

孔 琴

(巴馬丹拿建筑設計咨詢(上海)有限公司，上海 200051)

1 概述

傳統的結構抗震是以“抗”為主，通過增強結構的剛度和變形能力的方法來抵御地震作用。然而，這種方式會陷入一個惡性循環，構件截面越大，剛度越大，地震作用相應變大，所需的構件尺寸與配筋又會隨之增加，同時積累的塑性變形也會給建筑物帶來無法修復的損傷。由于傳統的抗震手段存在如此多的弊端，人們便通過把結構的某些非承重構件設計成耗能桿件或在結構的某些部位裝置耗能裝置來達到改善結構抗震性能的目的，消能減震技術便應運而生。目前，在消能減震裝置里，應用比較多的是軟鋼阻尼器。軟鋼阻尼器是采用低屈服點的軟鋼制成，它會在結構發生塑性變形前首先發生屈服，以消耗大部分的地面運動傳遞給結構的能量[4]。

本工程運用了軟鋼阻尼器的這一特點，在結構中布置了多組開孔式阻尼器(HADAS)，以改善建筑物的抗震性能。

2 工程概況

本工程為公寓式酒店，總高136.95 m，地上35層，地下2層，結構形式為混凝土框架—核心筒，具體平面布置見圖1。由于建筑和機電的使用要求，結構的平面布置及構件尺寸受到局限;且由于建筑物離地鐵比較近，結構的沉降也不能太大，相應地結構的自重也要受到限制。原有的結構布置無法滿足規范要求的位移等抗震指標，因而需要通過設置阻尼器來改善結構的抗震性能。

3 阻尼器的設置與應用

本工程在建筑6層～建筑22層的每層X向(長向)和Y向(短向)各布置2組開孔式阻尼器(HADAS)，共計68組，阻尼器平面位置如圖1所示，阻尼器外觀詳見圖2，阻尼器的安裝詳見圖3。

由于本工程采用的計算軟件是PKPM，目前SATWE分析程序尚無法做有關消能減震的分析。因此，在計算模型中，如何合理地體現軟鋼阻尼器的作用是個關鍵問題。

GB 50011-2010建筑抗震設計規范[1]規定，當主體結構基本處于彈性工作階段時，消能減震設計可采用線性分析方法作簡化估算。因此我們利用ETABS軟件，采用反應譜法和時程分析法來分析結構在多遇地震下的反應[2]。經過多次迭代計算，我們求得軟鋼阻尼器所提供的附加阻尼比及有效剛度。不同位置處軟鋼阻尼器的有效剛度及阻尼器上下的支撐墻的側向水平剛度以串連的方式等效為不同尺寸的等值柱，并將這68組等值柱放入SATWE分析模型中以替代阻尼器及其周邊支撐。結構的總阻尼比則為原結構阻尼比與阻尼器的附加阻尼比之和，本工程的總阻尼比為 6.54%。

4 軟鋼阻尼器對結構抗震性能的改善

為了對比阻尼器對結構的影響，我們將放置阻尼器前的模型與放置阻尼器后的模型分別采用同一版本的SATWE軟件進行計算，在保證兩個模型的構件尺寸及荷載等條件都相同的情況下，我們將層間位移角、層剪力及構件內力進行對比(具體如圖4～圖9所示)。

根據圖4，圖5可知，結構設置阻尼器后，X，Y向的層間位移角均呈現減小趨勢，其中X向最大層間位移角減小8.4%，Y向最大層間位移角減小6.8%;根據圖6，圖7可知，結構設置阻尼器后，X，Y向的層剪力均呈現減小趨勢，其中力X向基底剪力減小5.1%，Y向基底剪力減小6.3%。為了對比構件內力的變化，我們取第12層梁柱構件在X向地震作用下的內力進行對比。從圖8，圖9顯示的結果看(圖中方框圈出的數字為設置阻尼器后的構件內力)，梁柱的地震內力均得到有效地減小。由此可見，合理設置位移型阻尼器能夠有效消弱結構的地震響應，提高結構的抗震性能。

5 結語

從以上分析可知，軟鋼阻尼器并不改變主體結構的豎向受力體系，僅在結構的變形過程中發揮消能作用，所以阻尼器的應用可以不受結構類型、形狀、層數、高度的限制。就本工程而言，即使不能做到每層都加設阻尼器，結構在地震作用下的位移角，構件內力，層剪力等還是得到不同程度的減小。由此可見，利用阻尼器來吸收地震能量，降低結構地震響應，改善結構的抗震性能是行之有效的抗震手段。

[1]GB 50011-2010，建筑抗震設計規范[S].

[2]陳清祥，潘 琪，呂西林，等.值線性分析方法于消能減震結構的應用[A].第七屆中日建筑結構技術交流會[C].2006.

[3]王亞勇，陳清祥，薛彥濤.開孔式軟鋼阻尼器在西安長樂苑招商局廣場4號樓抗震加固中的應用探討[J].防震減災工程研究與進展，2005(8):96-97.

[4]萬澤清，劉 平.低屈服點鋼在結構耗能減震中的應用[J].鋼結構，2010，25(2):26-27.