基于改進Kasai法消能減震結構設計研究

烏 蘭 陶鶴進 左 江 夏長春 李愛群

(1.南京市建筑設計研究院有限責任公司，江蘇 南京 210014; 2.東南大學混凝土及預應力混凝土結構教育部重點實驗室，江蘇 南京 210096; 3.北京建筑大學，北京 100001)

1 粘滯阻尼減震結構Kasai法基本流程[1]

1)求單自由度體系的最大地震動位移。

2)由目標控制位移和1)中位移計算位移降低率Rd。

其中:

(1)

(2)

(3)

7)求多質點體系各層的粘滯阻尼器系數Cdi。

由上述流程可知：按照主體框架層剛度成比例來分配各層的存儲剛度和損失剛度，該分配方法會帶來樓層剛度越大分得的阻尼參數越大，這與消能減震規程[2]中優先在結構變形較大部位布置阻尼器是相背離的。本文通過對Kasai法的分配理論進行重大改進，以某不規則粘滯阻尼框架結構為研究對象，進行消能減震設計研究并驗證方法的可靠性。

2 Kasai法減震優化設計方法的改進

本文主要針對不規則粘滯阻尼框架對Kasai法做了如下的改進：

1)建立結構各樓層阻尼力合力點的概念，在結構的水平正交的兩個方向上依據建筑上布置阻尼器可行的位置，在兩個端部分別建立柔性端和剛性端，然后通過控制平面平扭耦聯效應最小將Cdi來分配到柔性端和剛性端，限于篇幅具體流程可參考文獻[3]。

2)按照1)的辦法，各樓層分別得到各自柔性端和剛性端的阻尼系數，然后在結構豎向進行歸并優化，在保證結構總體性能的同時盡量減少阻尼器的數量，實現性能和經濟的最佳平衡。具體流程限于篇幅可參考文獻[4]。

3 算例

本算例采用文獻[5]中的算例，本工程屬于高烈度區的9層框架結構，X方向結構層間位移角無法滿足規范要求，專家建議采用加設粘滯阻尼器的方法，控制結構X向層間位移，提高結構抗震性能，見圖1。

性能參數的設定如下：

表1 各層質心、剛心和阻尼中心、剛性端和柔性端中心 m

表2 粘滯阻尼器各層阻尼系數歸并處理及分組

表1給出了基于改進的分配理論計算得到的結構在X方向樓層平面內的分配阻尼系數的依據阻尼力合力點以及兩個端部配置阻尼器分力點。可為分配樓層平面阻尼參數提供基礎。表2給出了為了引入遺傳算法結構優化結構豎向不同樓層內阻尼參數優化，引入動態配置阻尼參數初始值。

選取適用于本結構所在場地的El-centro波進行計算。對比分析在El-Centro波作用下結構地震反應位移曲線。

對比圖3～圖5分析可知：采用粘滯阻尼器減震后，結構層間位移角顯著減小，動態配置12組實現目標層間位移角值1/400的限值，但配置為6組，無法滿足限值，圖6給出了水平地震作用下，調整動態配置阻尼器數量，粘滯阻尼減震結構基底剪力降低率的數值變化曲線。可見，在實現結構整體性能良好的情況下，阻尼參數的優化空間是很大的。

4 結語

本文通過對Kasai法進行改進，實現了對不規則粘滯阻尼框架消能減震設計得出以下成果：

1)本文提出的新的粘滯阻尼參數分配理論，可為粘滯阻尼減震結構中阻尼系統的參數的分配提供理論基礎。

2)該方法在保證滿足結構總體減震性能的同時，可以實現粘滯阻尼系統參數，數量和位置的同步快速優化，實現經濟效益的最大化。

[1] [日]社團法人日本隔震結構協會.被動減震結構設計·施工手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業出版社，2008.

[2] JGJ 297—2013,建筑消能減震技術規程[S].

[3] 烏 蘭，李愛群.黏滯阻尼器控制平—扭耦聯效應最優位置研究[J].沈陽建筑大學學報,2014(6):67-49.

[4] 烏 蘭,李愛群.基于遺傳算法的偏心結構粘滯阻尼器優化布置研究[J].工程抗震與加固改造,2014(2):112-113.

[5] 烏 蘭，李愛群.軟鋼阻尼器在中國婦女活動中心酒店結構中優化研究[J].工業建筑,2013(S1):13-15.