混合控制消能減震伸臂桁架超高層結構抗震性能研究

周 穎 邢麗麗 李宏描（同濟大學土木工程防災國家重點實驗室，上海 200092）

混合控制消能減震伸臂桁架超高層結構抗震性能研究

周 穎 邢麗麗 李宏描
（同濟大學土木工程防災國家重點實驗室，上海 200092）

在超高層建筑結構中，相對于傳統伸臂桁架，消能減震伸臂桁架能顯著提高結構的抗震性能，但同時也存在一些問題。屈曲約束支撐伸臂桁架在小震下僅提供剛度并不耗能，在中震下屈服耗能有限；而黏滯阻尼伸臂桁架因黏滯阻尼器最大阻尼力的限制，在中震和大震下對結構側移控制效果不佳。因此，提出了混合控制消能減震伸臂桁架的概念，在超高層結構速度起控制作用的部位設置黏滯阻尼器伸臂桁架，在位移起控制作用的部位設置屈曲約束支撐伸臂桁架，實現屈曲約束支撐伸臂和黏滯阻尼器伸臂的優勢互補。黏滯阻尼器伸臂可彌補屈曲約束支撐伸臂在多遇和設防地震作用下無屈服耗能或耗能較少的問題；屈曲約束支撐伸臂可協助黏滯阻尼器伸臂在設防和罕遇地震作用下實現對結構層間側移更好的控制。

1　研究方法和結果

以蘭州某超高層為工程背景建模，沿結構高度分別在第23和36層各設置一道伸臂桁架。考慮到超高層結構上部多為位移控制、下部多為速度控制，將剛度較大的屈曲約束支撐伸臂布置于黏滯阻尼伸臂之上。表1中O為普通支撐，B為屈曲約束支撐，V為黏滯阻尼器支撐。由層間位移角比較可知（表略），混合控制伸臂在綜合了屈曲約束支撐和黏滯阻尼器的優點后，在中震下充分發揮了其抗震性能。

表1 伸臂桁架布置方案

表2　小震和大震作用下結構消能構件耗能

表2中ET為輸入結構總地震能量，EFD、EBRB分別為黏滯阻尼器和屈曲約束支撐耗能，EE為消能構件耗能總和，EE= EFD+ EBRB。混合控制伸臂消能構件的耗能介于屈曲約束支撐伸臂和黏滯阻尼器伸臂之間，這是由于小震下，屈曲約束支撐僅提供剛度，黏滯阻尼器耗散地震能量；中震下，屈曲約束支撐屈服耗能，但耗能有限，黏滯阻尼器耗能較多；大震下，屈曲約束支撐屈服程度加大，耗能增長較快，而黏滯阻尼器耗能增加有限。

2　結論

混合控制消能減震伸臂桁架結構在一定程度上綜合利用屈曲約束支撐和黏滯阻尼器的優勢，使二者實現優勢互補：在小震作用下黏滯阻尼器耗能為結構提供附加阻尼，彌補了BRB無耗能的問題；在中震和大震作用下BRB屈服耗能，為結構提供剛度，使得混合控制消能減震伸臂桁架結構在耗能能力下降不多的情況下，結構層間側移也得到較好的控制。因此，混合控制消能減震伸臂桁架結構能在各烈度地震作用下耗散地震能量，控制結構振動，為結構提供附加阻尼，具有更為全面、良好的抗震性能。