巨型框架多功能減振結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析

尤培華 王曉慶 陳國(guó)惠

中國(guó)核電工程有限公司鄭州分公司（450052）

巨型框架多功能減振結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析

尤培華 王曉慶 陳國(guó)惠

中國(guó)核電工程有限公司鄭州分公司（450052）

這里以一種結(jié)構(gòu)方案為算例，建立巨型框架多功能減振結(jié)構(gòu)的動(dòng)力計(jì)算模型，對(duì)其進(jìn)行了動(dòng)力時(shí)程計(jì)算，得出巨型框架多功能減振結(jié)構(gòu)在地震波作用下的動(dòng)力位移及內(nèi)力等地震響應(yīng)。比較巨型框架多功能減振結(jié)構(gòu)和巨型框架抗震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明：巨型框架多功能減振結(jié)構(gòu)具有良好的減振效果，可有效地降低結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，是一種較有前途的結(jié)構(gòu)形式。

巨型框架；減振結(jié)構(gòu)；時(shí)程分析

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震是通過(guò)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)本身的抗震性能來(lái)抵御地震作用的，這屬于被動(dòng)消極的抗震措施。合理有效的抗震措施是對(duì)結(jié)構(gòu)增加控制裝置，由控制裝置和結(jié)構(gòu)共同承受地震作用。即共同儲(chǔ)存和耗散地震能量，以減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，這種結(jié)構(gòu)抗震途徑稱(chēng)為結(jié)構(gòu)減振控制，是積極主動(dòng)的抗震方法，是抗震對(duì)策的重大突破和發(fā)展。結(jié)構(gòu)控制可分為被動(dòng)控制、主動(dòng)控制、混合控制和半主動(dòng)控制等，其中，應(yīng)用較多的是被動(dòng)控制[1-2]。

巨型框架多功能減振結(jié)構(gòu)體系是一種新型的結(jié)構(gòu)體系。巨型框架多功能減振結(jié)構(gòu)既具有調(diào)頻質(zhì)量減振的功能，又具有基礎(chǔ)隔振和阻尼耗能減振的功能。

為了降低巨型框架結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，提高其抗震性能，本文采用層間隔震方案，在主框架的4～5層中，在次框架與主框架之間增設(shè)鋼筋混凝土柱，使次框架與主框架分離，并在次框架底層柱底設(shè)置橡膠墊支座，從而形成巨型框架多功能減振結(jié)構(gòu)體系。抗震結(jié)構(gòu)及減振結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 抗震結(jié)構(gòu)示意圖（左）

圖2 減振結(jié)構(gòu)示意圖（右）

圖3 隔震支座布置圖

1 巨型結(jié)構(gòu)算例分析

本文算例是主框架5層，次框架6層，建筑總高度95 m。主框架柱截面為2 m×2 m、主框架梁截面為1 m×2 m,混凝土強(qiáng)度等級(jí)C60；次框架柱截面為0.5 m×0.5 m、次框架梁截面為0.3 m×0.5 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40。橡膠墊隔震支座總共48個(gè)，如圖3所示。每個(gè)隔震支座的有效剛度為128.26 kN/m，有效阻尼為47.93 kN·s/m。設(shè)計(jì)場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，抗震烈度為8度。

1.1 結(jié)構(gòu)自振周期

對(duì)巨型結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，分別取巨型框架抗震結(jié)構(gòu)和減振結(jié)構(gòu)的前10個(gè)自振周期對(duì)比，如表1所示。在巨型框架結(jié)構(gòu)設(shè)置橡膠墊支座后，結(jié)構(gòu)的自振周期有所增加，增大了結(jié)構(gòu)的柔性，抗震結(jié)構(gòu)各階振型的周期分布較離散，減振結(jié)構(gòu)各階振型的周期分布相對(duì)緊湊一些。

1.2 結(jié)構(gòu)的地震位移響應(yīng)

由計(jì)算得出：1）減振結(jié)構(gòu)的主框架位移明顯減小，越到結(jié)構(gòu)的頂部位移減小越明顯。2）減振結(jié)構(gòu)的主框架層間位移也有明顯減小。El-centro波作用下抗震結(jié)構(gòu)主框架層間位移的最大值為0.017 4 m，對(duì)應(yīng)減振結(jié)構(gòu)的層間位移的最大值為0.013 7 m，減振效果可達(dá)21.26%。3）減振結(jié)構(gòu)的主框架頂點(diǎn)位移有明顯減小。El-centro波作用下抗震結(jié)構(gòu)的主框架頂點(diǎn)位移最大值為0.072 4 m,減振結(jié)構(gòu)的主框架頂點(diǎn)位移最大值為0.056 m,減振效果達(dá)到22.65%。

表1 抗震結(jié)構(gòu)和減振結(jié)構(gòu)自振周期對(duì)比

表1對(duì)比數(shù)據(jù)得出，巨型框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置減振裝置后，結(jié)構(gòu)的地震位移響應(yīng)比巨型框架抗震結(jié)構(gòu)地震位移響應(yīng)減小。這說(shuō)明減振體系消耗了地震能量輸入，使巨型框架結(jié)構(gòu)消耗的地震能量也相應(yīng)減小，降低結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，保證了結(jié)構(gòu)的安全。

1.3 結(jié)構(gòu)的內(nèi)力響應(yīng)

在地震波作用下巨型框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力最大響應(yīng)值計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 巨型框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力最大值響應(yīng)

減振結(jié)構(gòu)相對(duì)于抗震結(jié)構(gòu)基底剪力和基底彎矩都有顯著的減小。由于巨型框架多功能減振結(jié)構(gòu)中減振體系消耗了地震輸入能量，主框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大內(nèi)力出現(xiàn)了明顯的下降趨勢(shì)，起到了抵御地震的作用，再一次驗(yàn)證了巨型框架多功能減振結(jié)構(gòu)的減振效果。

2 結(jié)論

巨型框架多功能減振結(jié)構(gòu)具有良好的減振性能。巨型框架多功能減振結(jié)構(gòu)體系具有廣闊的應(yīng)用前景。這種結(jié)構(gòu)體系將成為高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的主要發(fā)展方向之一。

[1]藍(lán)宗建,鄒宏德,梁書(shū)亭,戴航.鋼筋混凝土巨型框架多功能減振結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2001(2)：77-83.

[2]田玉基.巨型框架多功能減振結(jié)構(gòu)的減振原理及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[D].南京：東南大學(xué)土木工程學(xué)院,2002.