阻尼器在高層鋼結構中的減震性能對比分析

卜偉

摘 要：為研究阻尼器對高層鋼結構建筑抗震性能的影響，以某工程12層鋼框架結構為研究對象，通過設置兩種不同阻尼器進行比較分析，對比摩擦阻尼器和金屬阻尼器對結構減震性能的影響規律，分析結果為高層鋼結構耗能減震設備的應用提供參考。

關鍵詞：阻尼器;高層鋼結構;抗震性能

我國屬于地震多發國家，結構的抗震性能是工程師在進行結構設計時必須考慮的問題，而一般我們是通過增加結構構件的尺寸來提高其抗震性能，這種被動的抗震方式，在結構的變形協調方面表現較差，同時這種做法還會影響使用，增加了成本。因此，結構耗能減震裝置的應用就顯得尤為關鍵。就目前而言，建筑的耗能減震主要是通過設置阻尼器來完成，不同類型的阻尼器對于建筑性能的影響自然也有不同，本文以某工程12層鋼框架結構為研究對象，通過設置兩種不同阻尼器進行分析對比摩擦阻尼器和金屬阻尼器對結構減震性能的影響規律，分析結果為高層鋼結構耗能減震設備的應用提供參考。

1 工程概況及模型建立

某商業綜合樓，層數為12層，總高度48.3m，結構形式為鋼結構，總建筑面積6471.31平方米，抗震等級為一級，設計使用年限50年。該工程抗震設防類別為重點設防（乙）類，本工程抗震設防烈度為7度（0.15g）。地震分組：第三組，場地類別：Ⅱ類。本文采用有限元分析軟件ANSYS建立模型進行分析，梁、柱均采用Beam188單元，樓板采用Shell63殼單元，為方便計算，用Combin40單元模擬阻尼器。

2 阻尼器對于結構固有震動特性的影響

結構的固有振動特性，主要是指：（1）振動形態（振型或模態）;（2）自振周期（或頻率）。通過對兩種阻尼器的振型分析，結構第一振型為X方向位移、第二振型為Y方向位移、第三振型為扭轉，模型基本合理。通過數據對比其前6階自診周期和頻率，兩種類型阻尼器對結構剛度均有一定影響，其中金屬阻尼器的設置對結構剛度影響較大，安裝金屬阻尼器的建筑自振周期明顯減弱，而設置了摩擦型阻尼器的建筑自振周期影響較小。

3 阻尼器對結構層間位移的影響

根據模型數據，建筑在金屬阻尼器和摩擦型阻尼器均對于結構的層間位移都有很好的控制作用，其中金屬阻尼器對位移的控制作用更明顯。在多遇地震作用時金屬阻尼器對建筑層間位移的影響比摩擦型阻尼器減幅增加9.7%，罕遇地震時影響程度提高11.7%，總體而言，金屬阻尼器的減震效果要優于摩擦型阻尼器。

4 阻尼器對結構層間剪力的影響

通過數據分析，結構在多遇地震和罕遇地震作用時，設置金屬阻尼器的建筑層間剪力偏大。在多遇地震時，相比于摩擦型阻尼器而言金屬阻尼器控制的結構層間剪力增加2.5%左右;在罕遇地震時，金屬阻尼器控制的結構層間剪力則比摩擦型阻尼器高出20%左右。

5 結論

本文主要是針對兩種不同類型的阻尼器進行了對比分析，摩擦性阻尼器和金屬阻尼器的工作機理存在區別，因此對于結構的影響也會有所不同，通過分析得到以下結論：

（1）金屬阻尼器對于結構的剛度影響大于摩擦型阻尼器，設置金屬阻尼器的建筑，結構固有特性改變較大，自振周期明顯減小，頻率提高，而摩擦型阻尼器對結構固有特性的影響則較小。

（2）在結構位移控制上，在多遇地震作用時金屬阻尼器對建筑層間位移的影響比摩擦型阻尼器減幅增加9.7%，罕遇地震時影響程度提高11.7%;在層間剪力控制上，相比于摩擦型阻尼器而言金屬阻尼器控制的結構層間剪力增加2.5%左右;在罕遇地震時，金屬阻尼器控制的結構層間剪力則比摩擦型阻尼器高出20%左右。總體而言，在高層鋼結構建筑中，在一定情況下金屬阻尼器的減震性能略優于摩擦性阻尼器。

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