阻尼器對結構剪力的影響

纏 鵬 飛

(山西省建筑設計研究院，山西 太原　030013)

?

阻尼器對結構剪力的影響

纏 鵬 飛

(山西省建筑設計研究院，山西 太原030013)

摘要：結合工程實例，介紹了結構減震控制裝置的布設和選型方法，并采用ETABS計算軟件，對減震結構進行了動力非線性時程分析，探討了阻尼器對結構剪力的影響程度，指出阻尼器的設置增加了結構阻尼比，加強了結構的抗震性能。

關鍵詞：消能減震，阻尼器，ETABS軟件，動力特性

1消能減震結構的設防

發生地震時，建筑結構吸收地震能量，產生振動反應，導致建筑發生不同程度的損壞，尤其在唐山地震，汶川地震等類似大地震中，會造成巨大人員傷亡和財產損失。而傳統的延性抗震設計方式存在以下主要問題：1)安全性不能完全保證；2)適應性有一定的限制；3)經濟性欠佳。

《建筑抗震設計規范》中不同阻尼比下地震影響系數曲線顯示隨著阻尼比的增大(見圖1)，地震影響系數曲線下降，結構地震作用下降。本文介紹的消能減震就是通過增大阻尼達到減小地震影響的效果。

消能減震技術是通過在結構中安裝消能器(阻尼器)，增加結構阻尼，達到在結構震動時減小結構振動幅值，耗損能量，從而減少結構在地震作用下的反應，減輕建筑結構的地震災害。目前越來越多的結構采用消能減震。

下面通過工程實例來介紹消能減震的作用。

2工程簡介

本文研究內容為將消能減震應用于山西某醫院結構建設中，本工程采用消能減震設計擬達到的目標是，當結構遭遇高于本區域抗震設防烈度預估的罕遇地震影響時，可能損壞，但經一般修理后仍可繼續使用。

該結構為現澆鋼筋混凝土框架結構。結構為乙類建筑，共地上3層，首層層高為3.75 m，其余2層層高為3.40 m。抗震設防烈度7度(0.15g)，設計地震分組為第一組，特征周期為0.45 s，Ⅲ類場地，抗震等級為二級。考慮到結構特點、造價及消能減震效率，本工程擬采取減隔震技術，以粘滯阻尼墻作為消能減震元件。粘滯阻尼墻可以為結構提供附加阻尼，而不增加結構附加剛度。

3結構減震控制裝置的布置和選型

經計算，結構共選用4個粘滯阻尼器，設置在第1層的梁柱中，其中縱向、橫向各布置2個。結構均采用單節點單阻尼器C30混凝土墻體支撐安裝方式，具體阻尼器安裝示意圖如圖2所示。粘滯阻尼器設計參數與數量見表1。

4計算分析

本減震設計采用由美國Computer and Structures Inc.(CSI)公司開發研制的房屋建筑結構分析與設計軟件——三維空間有限元分析程序ETABS。根據PKPM軟件的設計結果，建立減震結構的ETABS計算分析模型，對減震結構進行動力非線性時程分析，驗證減震結構的減震效果(見圖3)。

首先，采用ETABS軟件計算非減震結構多遇地震下的動力響應，并將結果與SATWE計算結果進行對比，驗證ETABS軟件的可靠度。PKPM和ETABS對結構周期的計算結果與ETABS計算得到的結構振型參與系數見表2，各樓層X向和Y向地震剪力和層間位移的計算結果對比見表3，表4，表中：誤差率=(|SATWE-ETABS|/SATWE)。

由表2可知：所建ETABS模型前6階振型的周期與SATWE計算結果的吻合性很好，最大誤差只有0.37%；由表3和表4可知，利用ETABS建立的模型與SATWE模型地震剪力分布也較吻合，樓層最大地震剪力誤差率X向為3.19%，Y向為2.21%。以上數據有效驗證了該模型的正確性。

根據GB 50011—2010建筑抗震設計規范的相關規定，本工程擬采用7條地震波，其中人工合成加速度時程曲線2條(RH1波、RH2波)，天然地震記錄地震波5條(ELC波、TAF波、TH1波、TH2波、TH3波)進行結構時程分析。

多遇地震和設防地震作用下普通結構和減震結構X向、Y向層間剪力計算對比見表5～表8。由表中數據可見，在多遇地震作用下，減震優化結構與非減震結構相比較，結構層間剪力明顯減小，其中X方向最大減震效果達33.09%，Y方向最大減震效果達36.66%；設防地震作用下，減震優化結構與非減震優化結構相比，結構層間剪力降低幅度也較明顯，X方向最大減震效果達23.51%，Y方向最大減震效果達26.46%。以上研究結果表明，在結構中設置粘滯阻尼器可以有效增加結構的阻尼比，提高結構抗震性能。

5結語

通過對比分析設置阻尼器的結構和原結構在多遇地震和設防地震下的層剪力等數據可以得到結論，粘滯阻尼器的設置增加結構的阻尼比，明顯加強了結構的抗震動力性能，使之滿足《建筑抗震設計規范》的限值要求，并達到在結構遭遇高于本地區抗震設防烈度預估的罕遇地震影響時，經一般修理后仍可繼續使用的目的。

參考文獻:

[1]GB 50011—2010，建筑抗震設計規范.

[2]潘鵬，葉列平.建筑結構消能減震設計與案例.北京:清華大學出版社，2010.

[3]周云，張文芳.土木工程抗震設計.北京:科學出版社，2009.

文章編號：1009-6825(2016)14-0035-03

收稿日期：2016-03-04

作者簡介：纏鵬飛(1987- )，男，助理工程師

中圖分類號：TU352.1

文獻標識碼：A