剪切型金屬阻尼器在某高層項目中的應用

楊寶玉（中交二公局第五工程有限公司，陜西 西安 710000）

金屬阻尼器因具有屈服強度低、改善結構側向剛度分布等優點，在高層建筑工程設計中得到了廣泛應用。剪切型金屬阻尼器作為常用的應用結構，通過整理剪切型金屬阻尼器應用時需注意的內容，對于提升結構抗震性與穩固性有著積極作用。

1 剪切型金屬阻尼器技術分析

從實際應用情況來看，剪切型金屬阻尼器技術在應用中具有以下優勢：①剪切型金屬阻尼器的初始剛度相對較高，能夠在出現小震情況時進入屈服狀態，從而具有了良好的耗能效果，在使用中能夠為上部結構提供一定的應用剛度，而且也可以為整個結構提供相應的阻尼比；②此類結構的單體厚度較小，將其放置在隔墻當中并不會干擾到建筑結構的整體功能；③剪切型金屬阻尼器在施工時可以采用后安裝的方法進行作業，并不會對工程整體的施工進度產生過多影響。同時，剪切型金屬阻尼器在使用中也具有以下不足：剪切型金屬阻尼器在使用中會對隔墻結構產生相應影響，在使用中會由于墻體與阻尼器間隔過近導致一些裂縫問題，影響到整個施工結構的穩定性。

2 工程項目概述

某高層項目總建筑面積約39萬m2，由兩棟塔樓及裙房組成。其中塔樓A結構高度為179m(41層），塔樓B結構高度為89m(20層）。兩棟塔樓及東部裙房均屬超限高層，尤其是東部裙房，為平面和豎向均特別不規則的超限高層。本工程建筑抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為7度（0.1g)，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅳ類。塔樓B為鋼筋混凝土框架－核心筒結構體系，核心筒底部加強區最大墻厚為550mm，并隨樓層高度的增加而逐步減小為350mm。該結構存在樓層最大位移比大于1.2和兩層樓板有限寬度小于該層典型寬度50%等超限情況，為提升建筑結構整體的抗震性能，選用剪切型金屬阻尼器進行施工，以提高整體結構的穩固性。

3 剪切型金屬阻尼器的應用要點

3.1 技術參數優化

參考該項目工程的應用特點，在應用時引入剪切型金屬阻尼器進行施工，用來制作金屬阻尼器的鋼板力學參數如下：①鋼板屈服強度為235MPa，滿足≥225MPa的設計要求；②鋼板極限強度為328MPa，滿足≥300MPa的設計要求；③鋼板延伸率為44%，滿足≥40%的設計要求。在施工過程中，金屬阻尼器會和連接支撐與主體結構連接在一起，因此在金屬阻尼器的設計中也需要考慮結構x方向和y方向的技術參數，在該項目的施工中所使用金屬阻尼器技術參數如下：①x軸方向，金屬阻尼器的屈服力設計為400kN，結構初始剛度設計為500kN/mm，結構屈服位移為0.90mm，所設計外觀尺寸為530mm×450mm×200mm；②y軸方向上的設計參數與x軸方向保持一致。

3.2 小震附加阻尼比

在金屬阻尼器應用前也需要做好小震附加阻尼比計算，根據該參數的計算結果可以確定需要消除的結構阻尼比，防止結構應力集中情況的發生。在具體的計算中，會使用到以下計算公式：

式中k0-表示所設置消能結構所對應的有效阻尼比，計量單位為%；

si-表示第i個消能部件對應的滯回曲線面積，計量單位為mm；

wi-表示消能部件結構在預期位移下的總應變能，計量單位為kN·mm。

在對結構耗能面積進行合理化設計時，一般會利用平行四邊形法則進行求解，同時將其他參數代入到公式中，以得到所需要的求解結果。結合該工程的基礎特征，所計算的附加阻尼比結果如下：①x方向上，所設計金屬阻尼器的耗能為513451.3kN·mm，結構的應變能為146321.1kN·mm，附加阻尼比為2.26%；②y方向上，所設計金屬阻尼器的耗能為520151.1kN·mm，結構的應變能為153121.6kN·mm，附加阻尼比為2.33%，以滿足模型應用后的穩固性要求。

3.3 分析靜力彈塑性分析

3.3.1 能力－需求曲線

在對能力－需求曲線進行分析時，會建立相應的仿真實驗，在實驗中對x與y軸上的地震作用進行整理，以此來判斷所設計結構的穩定性。在具體分析中，會使用SAP2000軟件參與到分析活動中，分析方法為Pushover法，根據得到的反饋信息和預設好的塑性鉸參數開展非線性分析，從而提高分析結果的合理性與可靠性。代入數據得到相應的Pushover曲線后，會使用等價處理轉換的方法獲取譜加速度－譜位移關系曲線，所得到的應用數據也會在同坐標系當中進行分析，此時便得到了地震作用下所產生的能力－需求譜曲線，根據所繪制的曲線可以發現，剪切型金屬阻尼器在x軸與y軸方向上均具有良好的抗震性能，可在大地震作用下保持結構不倒塌，具有良好的應用價值。

3.3.2 塑性鉸分布

在塑性鉸分布分析中，也會使用SAP2000軟件參與到分析活動中，分析方法為Pushover法，以此得到建筑工程塑性鉸分布的相關曲線。根據得到的相應曲線可以得知，在結構進入到第四步時，此時建筑核心筒內部連梁部位開始出現塑性鉸，在結構進入到第二十步時，此時產生的塑性鉸會集中在局部連梁結構和核心筒墻體底部，但是建筑結構的外框并沒有出現塑性鉸，由此可見，此設計中的外框結構還具備較為富余的抗震性能，這樣的結構也具備了良好的抗震性能，擁有良好的應用價值。

3.4 大震動力彈塑性分析

3.4.1 基底剪力

在基底剪力分析中，會在SAP2000軟件中預設對比實驗，一組為不添加阻尼器的建筑結構，一組為添加阻尼器的建筑結構，利用軟件釋放梯度地震波，根據反饋數據整理結構最大基底剪力數值。根據所整理的相應數據可以發現，未添加阻尼器的建筑結構，其基底剪力的最大數值為53612.56kN，而添加阻尼器的建筑結構，其基底剪力的最大數值為48963.43kN。根據此數據可以得知，剪切型金屬阻尼器的使用，能夠在一定程度上削減建筑結構的基底剪力，這樣也使結構具有了較強的穩定性，以滿足既定的抗震設計要求[1]。

3.4.2 頂點加速度

在頂點加速度分析中，也會在SAP2000軟件中預設對比實驗，一組為不添加阻尼器的建筑結構，一組為添加阻尼器的建筑結構，利用軟件釋放梯度地震波，查看不同情況下建筑結構頂點加速度的波動情況根據所整理的相應數據可以發現，未添加阻尼器的建筑結構，其頂點加速度的最大數值為3.356m/s2，而添加阻尼器的建筑結構，其頂點加速度的最大數值為2.536m/s2。根據此數據可以得知，剪切型金屬阻尼器的使用，能夠減少地震作用下建筑結構的搖擺幅度，這樣在應用中也具備了更強的穩定性，以提升整個結構運行過程的穩定性[2]。

3.5 破壞形態

在破壞形態分析中，預設不同荷載作用下阻尼器試件的破壞實驗。在具體實驗活動中會在耗能片表面雕刻0.1mm深度的網格線，以便于相干分析活動的順利進行。對于沒有進行優化處理的金屬阻尼器結構，其破壞形態的外在表現耗能片的夾持部位會出現撕裂的情況，并且也具備了非常明顯的螺栓滑移痕跡，而且構件當中也會出現局部扭曲問題。對于完成優化處理的阻尼器結構，其主要集中在試件的中部，表現為剪切交叉裂縫，主要原因是限位孔作用下出現了應力比較集中的情況，因此結合該項目的基本特點，在具體設計活動中也會選擇取消該位置限位孔，采用其他的限位方法來提高整個結構的穩固性，以此來提高整個結構應用過程的穩定性[3]。

3.6 荷載-位移曲線

除上述提到的分析內容外，在實際應用中也需要進行荷載-位移曲線的擬定。在荷載-位移曲線分析活動中，也會在SAP2000軟件中預設不添加阻尼器和添加阻尼器的對比實驗，利用軟件釋放梯度地震波，查看不同荷載情況下建筑結構位移的波動情況。根據所整理的相應數據可以發現，未添加阻尼器的建筑結構，建筑結構頂點處的水平位移數值為0.312m，而添加阻尼器的建筑結構，建筑結構頂點處的水平位移數值為0.219m。根據此數據可以得知，剪切型金屬阻尼器的使用，可以減少結構在荷載作用下的位移數值，在不同荷載作用下剪切型金屬阻尼器具備了良好的穩固性，擁有良好的使用價值[4]。

4 剪切型金屬阻尼器應用時的注意事項

4.1 優化規劃設計方案

優化規劃設計方案，可以更好地發揮出剪切型金屬阻尼器應用價值，提升整體應用結構的穩固性。在高層建筑施工過程中，為了提高整體結構的抗震性，需要在軟件中預布設位置，過程中也需要做好位移曲線、基底剪力、應用強度等參數的分析工作，采取量化分析的方式確定結構中不穩定、應力集中的位置，及時采取措施對其進行處理，以此提高所設計方案的合理性[5]。另外，在設計方案執行過程中，也需要做好相應反饋參數的整合工作，并且根據得到的反饋結果及時變更施工方案內容，在論證變更后的可行性與可操作性后再進行使用，以此提高剪切型金屬阻尼器應用效果。

4.2 加強仿真實驗分析

加強仿真實驗分析，能夠不斷優化剪切型金屬阻尼器應用時的相關參數，提高仿真實驗結果的合理性。從目前的應用情況來看，在仿真實驗中，SAP2000軟件具有了良好的應用價值，在此軟件的應用基礎上，也可以通過引入智能技術、迭代算法等，對仿真實驗環境進行優化，從而得到更加準確與可靠的分析數據[6]。并且在仿真實驗應用中，也需要做好相應反饋數據的整理工作，從中篩選出有價值的分析數據，不斷補充到仿真實驗體系當中，這樣也可以提升仿真結果的合理性，滿足相應的使用要求。

4.3 做好施工過程監督

做好施工過程監督，可以減少施工問題的發生概率，提高工程施工結果的可靠性。高層建筑中所使用的剪切型金屬阻尼器尺寸和位置會根據建筑高度、當地基礎條件進行確定，同時在具體施工過程中也會結合現場情況進行調整，以此提高整個施工過程的合理性，減少不確定因素帶來的負面影響[7]。在工程具體施工中，需要對各節點施工參數進行整理，包括施工高度、整體荷載、節點連接情況等，在仿真軟件輔助下做好施工論證，及時修改不適合的內容，并提示施工人員按照更改后的方案來執行，以此提高施工結果的可靠性。

5 結語

綜上所述，優化規劃設計方案，可以更好地發揮出剪切型金屬阻尼器應用價值，加強仿真實驗分析，能夠不斷優化剪切型金屬阻尼器應用時的相關參數，做好施工過程監督，可以減少施工問題的發生概率。通過采取恰當措施,優化剪切型金屬阻尼器應用過程，對于提升剪切型金屬阻尼器應用效果，提高高層建筑抗震性能與穩定性有著積極的促進意義。