粘滯阻尼器在某中學(xué)實(shí)驗(yàn)樓中的應(yīng)用

庾光忠　朱　賀　曾文武　陳國(guó)平　周函宇　周　露（株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司）

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粘滯阻尼器在某中學(xué)實(shí)驗(yàn)樓中的應(yīng)用

庾光忠朱賀曾文武陳國(guó)平周函宇周露
（株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司）

【摘要】該實(shí)驗(yàn)樓采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，考慮其功能重要、抗震要求高等特點(diǎn)，采用時(shí)代新材牌粘滯阻尼器進(jìn)行減震設(shè)計(jì)。通過(guò)ETABS小震分析得到附加阻尼比為3%，大震分析得到阻尼器的選型。

【關(guān)鍵詞】框架剪力墻結(jié)構(gòu)；時(shí)代新材；粘滯阻尼器

1　引言

擬建場(chǎng)地位于山西省，南側(cè)為緯四路，東側(cè)為經(jīng)三路，西側(cè)為經(jīng)五路。本建筑分三個(gè)單體：南四層實(shí)驗(yàn)樓，建筑總高度為16.200m，屬多層乙類建筑；東三層教師辦公樓，建筑總高度為2.300m，屬多層丙類建筑；北兩層圖書館，建筑總高度為8.4m，屬多層乙類建筑。各個(gè)單體均無(wú)地下室，見圖1。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年。設(shè)計(jì)基本烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類?；撅L(fēng)壓為0.50KN/m2，地面粗糙度類別為B類。

本工程（實(shí)驗(yàn)樓）采用帶粘滯阻尼器的鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，根據(jù)GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（簡(jiǎn)稱《抗規(guī)》），對(duì)該減震結(jié)構(gòu)進(jìn)行消能減震設(shè)計(jì)與分析。

2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

2.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

圖1　實(shí)驗(yàn)樓建筑立面圖

圖2　粘滯阻尼器結(jié)構(gòu)示意圖

圖3　阻尼器支撐所在隔墻處理大樣

典型的粘滯阻尼器結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

本工程選擇粘滯阻尼器［1］［2］，粘滯阻尼器可以提供附加阻尼，卻不改變建筑物結(jié)構(gòu)形式，該種阻尼器是現(xiàn)有比較成熟的阻尼器之一，長(zhǎng)期使用功能及維護(hù)費(fèi)用都具有很強(qiáng)的優(yōu)越性，是目前在實(shí)際工程中應(yīng)用最為廣泛的阻尼器之一。粘滯阻尼器采用人字型支撐［3］形式，便于開設(shè)門洞等優(yōu)點(diǎn)，故在醫(yī)院和學(xué)校等建筑應(yīng)用較多，其構(gòu)造如圖3。

本項(xiàng)目消能設(shè)計(jì)中采用了的阻尼器參數(shù)為：阻尼系數(shù)［4］［5］C為500KN/（m/s）0.30，阻尼指數(shù)為0.30。

2.2框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系

根據(jù)建筑功能及結(jié)構(gòu)平面布置特點(diǎn)，確定該建筑的阻尼器布置位置及數(shù)量。選用14套阻尼器，布置的位置如圖4及表1所示。

圖4　阻尼器平面布置圖

表1　阻尼器總體布置情況

3　結(jié)構(gòu)分析參數(shù)

3.1結(jié)構(gòu)模型校核

為了校核所建立ETABS模型的準(zhǔn)確性，將ETABS與PKPM進(jìn)行對(duì)比，如表2所示。表中差值為：

由表2和表3可知，兩軟件模型的質(zhì)量和周期比較接近，說(shuō)明ETABS建立的模型是正確的。

表2　非減震結(jié)構(gòu)質(zhì)量對(duì)比　單位：Ton

表3　結(jié)構(gòu)周期（s）和振型

3.2地震作用分析參數(shù)選取

分析過(guò)程中地震波的選取，6wave180波、9wave90波、67wave14波、79wave000波、86wave33波、RGB1波和RGB2波。

在采用時(shí)程分析法時(shí)，所選地震波的平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符（主要振型的周期點(diǎn)上相差不大于20%）。在彈性分析時(shí)，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)構(gòu)的65%，多條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%，基底剪力對(duì)比見表4。

表4　無(wú)控結(jié)構(gòu)反應(yīng)譜與時(shí)程分析對(duì)比（KN）

表5　7條時(shí)程反應(yīng)譜與規(guī)范反應(yīng)譜曲線對(duì)比

4　附加阻尼比計(jì)算

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》B50011-2010附加阻尼比計(jì)算方法，調(diào)整各條地震波的PGA為700gal進(jìn)行附加阻尼比計(jì)算，鑒于篇幅僅列出了6wave180波作用下的數(shù)據(jù)，見表6。

經(jīng)計(jì)算得到7條地震波作用下，消能減震結(jié)構(gòu)附加阻尼比X向4%，Y向3%，綜合考慮得出黏滯流體阻尼器附加給結(jié)構(gòu)的等效阻尼比為3%。

5　阻尼器選型計(jì)算

調(diào)整各條地震波的PGA為4000gal進(jìn)行阻尼器選型計(jì)算，鑒于篇幅僅列出了6wave180波作用下的數(shù)據(jù)，見表7及表8。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析本項(xiàng)目的阻尼器選型詳見表9。

表6　6wave180作用下附加阻尼比

表7　阻尼器最大出力（kN）

表8　阻尼器最大位移（mm）

表9　阻尼器選型參數(shù)

6　結(jié)論

本項(xiàng)目為框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，處于地震高烈度地區(qū)。為降低結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)并保證結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性，對(duì)此結(jié)構(gòu)進(jìn)行粘滯阻尼器減振設(shè)計(jì)與分析，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和地震動(dòng)力時(shí)程響應(yīng)分析，得到如下結(jié)論：

⑴ETABS計(jì)算模型與PKPM計(jì)算模型吻合良好。

⑵通過(guò)對(duì)該樓布置14個(gè)阻尼器，能達(dá)到設(shè)計(jì)附加阻尼比的要求，層間位移角也滿足規(guī)范限制要求。

⑶消能減震結(jié)構(gòu)附加阻尼比X向4%，Y向3%，綜合考慮得出黏滯流體阻尼器附加給結(jié)構(gòu)的等效阻尼比為3%。

⑷本工程的施工技術(shù)要求高，施工難度大，質(zhì)量控制尤為關(guān)鍵。為保證工程安全可靠，確保項(xiàng)目達(dá)到設(shè)計(jì)意圖，業(yè)主應(yīng)專門委托有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)服務(wù)單位配合設(shè)計(jì)單位進(jìn)行減震設(shè)備測(cè)試、安裝的深化設(shè)計(jì)并對(duì)減震體系施工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)。●

【參考文獻(xiàn)】

［1］翁大根.消能減震結(jié)構(gòu)理論分析與試驗(yàn)驗(yàn)證及工程應(yīng)用［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)，2006.

［2］周云，徐彤.耗能減震技術(shù)研究及應(yīng)用的新進(jìn)展［J］.地震工程與工程振動(dòng)，1999，19（2）：122-131.

［3］RamirezO.M.Constantinou M.C.，KircherC.A.，Whittaker-A.，JohnsonM.And Gomez J.D.，Development and Evaluation of Simplified Procedures for Analysis and Design of Buiding With Passive Energy DissipationSystems［R］.New York：MCEER，Multidisciplinary Center for Earthquake EngineeingResearch，University of Buffalo State University of New York.2000.

［4］Seleemah A.A.，Constantinou M.C.Investigation of Seismic Response of Building with Linear and Nolinear Fluid Viscous Dampers［R］.New York：Nation Center for Earthquake Engineering Research，1997.

［5］Garcia D.L.，SoogT.T.Efficiency of a simple approach to damper alllcation in MDOF structures［J］.Journal of Stuctural Control，2002，9（1）：19～30.