混凝土框架結構的消能減震設計分析

韓超

摘 要 隨著建筑工程框架結構設計形式的不斷發展，許多國內外優秀學者紛紛提出了很多新型的、具有創新性的框架結構消能減震技術及體系。在地震作用下，應用了框架結構的建筑工程為了能夠有效地預防層間位移角過大，經常采用效果顯著的消能減震措施，如使用以結構阻尼為主的消能減振控制技術、消能減震設備等。本文將以建筑工程混凝土框架結構的消能減振設計為主題，闡述消能減震技術的基本原理及基本形式，探討混凝土框架結構消能減振設計要點。

關鍵詞 建筑工程;框架結構;消能減震

前言

隨著我國建筑工程行業的快速發展，在眾多高烈度地震區建設了很多高層建筑。高層建筑的設計及施工難度較大，在高烈度地震區域建設高層建筑的難度更大。為了提升高層建筑的抗震等級，需要增設消能減震設備。通過優秀的消能減震設計增加高層建筑抵抗地震力，以提升高層建筑的穩定性和安全性。

1消能減震的基本原理及基本形式

1.1 基本原理

在混凝土框架結構中設置結構消能減震設施指的是在整體結構內部的某一部位（例如樓層間、特殊節點、相鄰建筑之間等）設置具有消能減震的部件（例如消能器），消能器之間發生相互摩擦、彈塑性變形等一系列的變形最終吸收地震作用或風作用下的震動，以達到預設的減振效果。其中，消能器的主要構造為與位移相關和速度相關的消能器和以支撐體系、支架、節點等為主的支撐結構。消能器的減振消能效果是在能量吸收的角度對地震或較大風荷載作用下的能量進行抵消的。

1.2 基本形式

目前應用于建筑工程框架結構消能減振設計的消能器的基本形式為消能支撐結構、消能支架結構、消能墻體結構、消能節點、消能輔助結構等。不同的結構形式能夠起到不同的消能減震的效果。常用的消能減振設備有速度型阻尼器、位移型阻尼器兩種。如果建筑工程框架結構在地震作用或較大風荷載作用下，樓層位移角不滿足規范要求，可以通過上述兩種消能減震設備進行適當的調節[1]。

2框架結構消能減震理論分析

2.1 設計思想

建筑工程框架結構在多遇地震作用下，整體結構處于彈性階段。在此階段設置消能減振設備的目的就是為了吸收地震或較大風荷載作用下的震動，以確保結構內部尺寸較小構件不會在震動過程中發生破壞，甚至可以依據模型分析減小某些結構構件的截面尺寸，以達到設計工作的經濟性。此外，建筑工程框架結構在罕遇地震作用下，整體結構處于彈塑性或塑性階段，層間位移較大。在此階段設置消能減振設備的目的就是為了有效減小結構層間位移，在規范允許的前提下對結構構件進行保護，不至于發生嚴重的結構構件穩定性破壞等情況。

2.2 混凝土框架結構消能減震分析方法

不同高層建筑所在位置的抗震要求不同、高層建筑設計狀況不同，所采取的消能減震分析方法不同。如果高層建筑的框架結構整體處于彈性階段，則可以使用等效線性化的處理方式對框架結構的消能構件進行處理分析，如底部剪力法、振型分析反應譜法或線性時程分析法等。本小節將對常用的分析方法進行簡單的闡述。

（1）等效線性分析法

等效線性分析法的分析原理是對混凝土框架結構的消能構件的恢復力進行等效分析化處理，通過相關公式的推導達到消能減震的效果。等效線性分析法的運動方程如下：

（1）

式（1）中，【M】為框架結構自身質量;

【K】為框架結構自身剛度;

【C】為阻尼矩陣;

【】為消能減震裝置的附加等效線性阻尼矩陣;

【】為消能減震裝置的等效線性剛度矩陣;其中，【】可由消能減震設備的等效線性阻尼系數和消能減振設備的等效線性剛度系數集合而成。

（2）非線性時程分析法

應用非線性時程分析法，混凝土框架結構的多自由度消能減震結構的運動方程可如下表示：

（2）

式（2）中，為混凝土框架結構自身恢復力向量;

為消能減振設備提供的恢復力向量，此參數可以由消能器的回復模型確定;

3消能減震部件的布置要點

在高層建筑混凝土框架結構中布置消能減震部件，不得影響高層建筑的正常使用功能，不得影響高層建筑外部設計風格，需要確保所設置的消能減振構件能夠正常工作。根據多年工作經驗以及對相關文獻的閱讀發現，在住宅建筑、辦公樓建筑、旅館建筑或醫院建筑等民用建筑之中設置消能減震構件經常會妨礙建筑內部空間的布置，不利于對建筑外墻開設門窗洞口等。為此，可以考慮將消能減振部件布置在不需要通道的位置，例如樓梯間、設備間、設備間等[2]。

4結束語

現階段，我國在建或已建成的以混凝土框架結構為結構設計的高層建筑中，消能減震技術是應用效果最為有效的、幫助整體結構抵消地震作用的技術手段之一。對混凝土框架結構消能減震設計進行分析可以提升設計人員對高層建筑抵抗地震作用的設計思路。隨著我國建筑工程結構設計的不斷發展，需要對類似消能減震等技術手段進行分析和研究，為我國建筑工程行業的發展提供技術支持。

參考文獻

[1] 張強.鋼筋混凝土框架結構消能減震設計[J].四川建材，2019，45 （01）：87，89.

[2] 趙健，宋曉光.混凝土框架結構的消能減震設計[J].住宅與房地產，2018，（36）：72.