粘滯阻尼器在某中學(xué)實(shí)驗(yàn)樓中的應(yīng)用

庾光忠　朱　賀　曾文武　陳國(guó)平　周函宇　周　露（株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司）

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粘滯阻尼器在某中學(xué)實(shí)驗(yàn)樓中的應(yīng)用

庾光忠朱賀曾文武陳國(guó)平周函宇周露
（株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司）

【摘要】該實(shí)驗(yàn)樓采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，考慮其功能重要、抗震要求高等特點(diǎn)，采用時(shí)代新材牌粘滯阻尼器進(jìn)行減震設(shè)計(jì)。通過(guò)ETABS小震分析得到附加阻尼比為3%，大震分析得到阻尼器的選型。

【關(guān)鍵詞】框架剪力墻結(jié)構(gòu)；時(shí)代新材；粘滯阻尼器

1　引言

擬建場(chǎng)地位于山西省，南側(cè)為緯四路，東側(cè)為經(jīng)三路，西側(cè)為經(jīng)五路。本建筑分三個(gè)單體：南四層實(shí)驗(yàn)樓，建筑總高度為16.200m，屬多層乙類建筑；東三層教師辦公樓，建筑總高度為2.300m，屬多層丙類建筑；北兩層圖書館，建筑總高度為8.4m，屬多層乙類建筑。各個(gè)單體均無(wú)地下室，見(jiàn)圖1。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年。設(shè)計(jì)基本烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類?；撅L(fēng)壓為0.50KN/m2，地面粗糙度類別為B類。

本工程（實(shí)驗(yàn)樓）采用帶粘滯阻尼器的鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，根據(jù)GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（簡(jiǎn)稱《抗規(guī)》），對(duì)該減震結(jié)構(gòu)進(jìn)行消能減震設(shè)計(jì)與分析。

2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

2.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

圖1　實(shí)驗(yàn)樓建筑立面圖

圖2　粘滯阻尼器結(jié)構(gòu)示意圖

圖3　阻尼器支撐所在隔墻處理大樣

典型的粘滯阻尼器結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

本工程選擇粘滯阻尼器［1］［2］，粘滯阻尼器可以提供附加阻尼，卻不改變建筑物結(jié)構(gòu)形式，該種阻尼器是現(xiàn)有比較成熟的阻尼器之一，長(zhǎng)期使用功能及維護(hù)費(fèi)用都具有很強(qiáng)的優(yōu)越性，是目前在實(shí)際工程中應(yīng)用最為廣泛的阻尼器之一。粘滯阻尼器采用人字型支撐［3］形式，便于開設(shè)門洞等優(yōu)點(diǎn)，故在醫(yī)院和學(xué)校等建筑應(yīng)用較多，其構(gòu)造如圖3。

本項(xiàng)目消能設(shè)計(jì)中采用了的阻尼器參數(shù)為：阻尼系數(shù)［4］［5］C為500KN/（m/s）0.30，阻尼指數(shù)為0.30。

2.2框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系

根據(jù)建筑功能及結(jié)構(gòu)平面布置特點(diǎn)，確定該建筑的阻尼器布置位置及數(shù)量。選用14套阻尼器，布置的位置如圖4及表1所示。

圖4　阻尼器平面布置圖

表1　阻尼器總體布置情況

3　結(jié)構(gòu)分析參數(shù)

3.1結(jié)構(gòu)模型校核

為了校核所建立ETABS模型的準(zhǔn)確性，將ETABS與PKPM進(jìn)行對(duì)比，如表2所示。表中差值為：

由表2和表3可知，兩軟件模型的質(zhì)量和周期比較接近，說(shuō)明ETABS建立的模型是正確的。

表2　非減震結(jié)構(gòu)質(zhì)量對(duì)比　單位：Ton

表3　結(jié)構(gòu)周期（s）和振型

3.2地震作用分析參數(shù)選取

分析過(guò)程中地震波的選取，6wave180波、9wave90波、67wave14波、79wave000波、86wave33波、RGB1波和RGB2波。

在采用時(shí)程分析法時(shí)，所選地震波的平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符（主要振型的周期點(diǎn)上相差不大于20%）。在彈性分析時(shí)，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)構(gòu)的65%，多條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%，基底剪力對(duì)比見(jiàn)表4。

表4　無(wú)控結(jié)構(gòu)反應(yīng)譜與時(shí)程分析對(duì)比（KN）

表5　7條時(shí)程反應(yīng)譜與規(guī)范反應(yīng)譜曲線對(duì)比

4　附加阻尼比計(jì)算

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》B50011-2010附加阻尼比計(jì)算方法，調(diào)整各條地震波的PGA為700gal進(jìn)行附加阻尼比計(jì)算，鑒于篇幅僅列出了6wave180波作用下的數(shù)據(jù)，見(jiàn)表6。

經(jīng)計(jì)算得到7條地震波作用下，消能減震結(jié)構(gòu)附加阻尼比X向4%，Y向3%，綜合考慮得出黏滯流體阻尼器附加給結(jié)構(gòu)的等效阻尼比為3%。

5　阻尼器選型計(jì)算

調(diào)整各條地震波的PGA為4000gal進(jìn)行阻尼器選型計(jì)算，鑒于篇幅僅列出了6wave180波作用下的數(shù)據(jù)，見(jiàn)表7及表8。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析本項(xiàng)目的阻尼器選型詳見(jiàn)表9。

表6　6wave180作用下附加阻尼比

表7　阻尼器最大出力（kN）

表8　阻尼器最大位移（mm）

表9　阻尼器選型參數(shù)

6　結(jié)論

本項(xiàng)目為框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，處于地震高烈度地區(qū)。為降低結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)并保證結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性，對(duì)此結(jié)構(gòu)進(jìn)行粘滯阻尼器減振設(shè)計(jì)與分析，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和地震動(dòng)力時(shí)程響應(yīng)分析，得到如下結(jié)論：

⑴ETABS計(jì)算模型與PKPM計(jì)算模型吻合良好。

⑵通過(guò)對(duì)該樓布置14個(gè)阻尼器，能達(dá)到設(shè)計(jì)附加阻尼比的要求，層間位移角也滿足規(guī)范限制要求。

⑶消能減震結(jié)構(gòu)附加阻尼比X向4%，Y向3%，綜合考慮得出黏滯流體阻尼器附加給結(jié)構(gòu)的等效阻尼比為3%。

⑷本工程的施工技術(shù)要求高，施工難度大，質(zhì)量控制尤為關(guān)鍵。為保證工程安全可靠，確保項(xiàng)目達(dá)到設(shè)計(jì)意圖，業(yè)主應(yīng)專門委托有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)服務(wù)單位配合設(shè)計(jì)單位進(jìn)行減震設(shè)備測(cè)試、安裝的深化設(shè)計(jì)并對(duì)減震體系施工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)?！?/p>

【參考文獻(xiàn)】

［1］翁大根.消能減震結(jié)構(gòu)理論分析與試驗(yàn)驗(yàn)證及工程應(yīng)用［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)，2006.

［2］周云，徐彤.耗能減震技術(shù)研究及應(yīng)用的新進(jìn)展［J］.地震工程與工程振動(dòng)，1999，19（2）：122-131.

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［4］Seleemah A.A.，Constantinou M.C.Investigation of Seismic Response of Building with Linear and Nolinear Fluid Viscous Dampers［R］.New York：Nation Center for Earthquake Engineering Research，1997.

［5］Garcia D.L.，SoogT.T.Efficiency of a simple approach to damper alllcation in MDOF structures［J］.Journal of Stuctural Control，2002，9（1）：19～30.