基于增量動(dòng)力分析法的高層建筑-阻尼器系統(tǒng)地震易損性分析

國巍，曾晨，潘毅，賴煒煌，胡思遠(yuǎn)

(1.中南大學(xué) a.土木工程學(xué)院；b.高速鐵路建造技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，長沙 410075；2.西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，成都 100191；3.同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院，上海 200092)

大部分震級較小的遠(yuǎn)場地震動(dòng)給結(jié)構(gòu)帶來的工程損害并不嚴(yán)重，但在震級較大時(shí)，遠(yuǎn)場地震動(dòng)中的短周期成分將會(huì)迅速衰減，長周期成分被場地軟土層放大，使得地震動(dòng)的周期更加接近地表上高層建筑的自振周期，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的動(dòng)力響應(yīng)。通?？稍诮ㄖY(jié)構(gòu)中設(shè)置阻尼器進(jìn)行消能減震，應(yīng)用在結(jié)構(gòu)中的典型阻尼器包括摩擦阻尼器、粘滯阻尼器和防屈曲支撐。目前，中國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)對于消能減震設(shè)計(jì)已有相關(guān)規(guī)定，速度相關(guān)型阻尼器以及位移相關(guān)型阻尼器是其中重點(diǎn)研究的技術(shù)。

摩擦阻尼器具有耗能能力強(qiáng)、摩擦機(jī)構(gòu)簡單、取材容易、造價(jià)低廉、荷載及頻譜特征對其性能影響較小的特點(diǎn)[1]。粘滯阻尼器利用平板或活塞在具有高度粘性的液體中運(yùn)動(dòng)耗能的原理實(shí)現(xiàn)消能減震[2-3]。防屈曲支撐具有穩(wěn)定的滯回性能和耗能能力，設(shè)置在建筑主體結(jié)構(gòu)中以形成減震體系[4-6]。增量動(dòng)力分析方法(Incremental Dynamic Analysis, IDA)是結(jié)構(gòu)抗倒塌分析的主要方法，學(xué)者們利用該方法研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)抗彎框架和設(shè)置防屈曲支撐的結(jié)構(gòu)相比，設(shè)置粘滯阻尼器能提供更好的抗倒塌性能[7]，并評估了將金屬摩擦阻尼器應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)在地震下達(dá)到各個(gè)損傷狀態(tài)的概率[8]。

目前，基于規(guī)范設(shè)計(jì)的建筑-阻尼器系統(tǒng)在強(qiáng)地震下的實(shí)際響應(yīng)是否與設(shè)計(jì)結(jié)果存在偏差、在同一設(shè)防目標(biāo)下不同類型阻尼器的性能是否存在差異尚不清楚。筆者基于規(guī)范建立了20層鋼框架Benchmark模型，并考慮設(shè)置3種典型阻尼器——摩擦阻尼器、粘滯阻尼器和防屈曲支撐，選取遠(yuǎn)場強(qiáng)地震動(dòng)進(jìn)行IDA分析，研究結(jié)構(gòu)在設(shè)置不同阻尼器時(shí)的地震易損性，對比分析不同阻尼器的性能，研究了遠(yuǎn)場地震動(dòng)對高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。

1 基于規(guī)范設(shè)計(jì)的Benchmark模型

美國土木工程師學(xué)會(huì)(ASCE)提出了基于美國規(guī)范建立的Benchmark模型[9]，使學(xué)者能夠基于一致的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行振動(dòng)控制方法及新型減隔震裝置研究。中美兩國現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范存在較大差異，對于地震區(qū)劃的劃分、場地類別的劃分、地震作用參數(shù)取值以及地震作用計(jì)算準(zhǔn)則的處理方式不同，需要一定程度的統(tǒng)一后才能進(jìn)行地震作用的比較和分析[10]。兩國規(guī)范在鋼材以及混凝土的品種、強(qiáng)度取值不同，不能簡單類比[11]，兩國規(guī)范的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜具有相同的基本特征，但在反應(yīng)譜最大值、周期范圍等方面存在差異[12]，中國規(guī)范在考慮地震作用的荷載組合、剛度限值、剪重比限值等方面要比美國規(guī)范更加嚴(yán)格[13]。由于兩國規(guī)范的差異，不能簡單地對現(xiàn)有Benchmark模型進(jìn)行消能減震設(shè)計(jì)，為了能夠在中國現(xiàn)行抗震規(guī)范下進(jìn)行高層建筑中典型阻尼器性能的評估分析，需要建立基于中國規(guī)范設(shè)計(jì)的Benchmark模型。

1.1 工程概述

選擇一座20層鋼框架結(jié)構(gòu)，所在地為陜西省寶雞市，抗震設(shè)防烈度為7度，地震分組為第2組，場地類型為二類場地，設(shè)計(jì)地震基本加速度為0.15g，鋼結(jié)構(gòu)抗震等級為3級[14]。先用PKPM軟件進(jìn)行該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和布置，結(jié)果見圖1(a)。

主體結(jié)構(gòu)為鋼框架結(jié)構(gòu)，平面長寬為39.6 m×33 m，長寬比為1.2，符合長寬比不超過4的限值。底層高度為4.2 m，其余各層均為3.3 m，總高度為66.9 m，最大高寬比為2.07，小于高寬比不超過6.5的限值。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循對稱的思路，有效地減少扭轉(zhuǎn)和平動(dòng)相互之間的耦聯(lián)，使周期比得到一定降低。建筑平面縱向共6榀，每一榀6跨，橫向共7榀，每一榀5跨。

圖1 鋼框架結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic of the steel frame

1.2 結(jié)構(gòu)基本信息

所有梁柱構(gòu)件都采用Q345鋼。主梁采用窄翼緣H型鋼，柱采用方型鋼，各層梁、柱的尺寸詳見表1。各樓層的樓板采用現(xiàn)澆混凝土樓板，厚度統(tǒng)一取為120 mm，并定義了5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層，分別為底層、2～7層、8～14層、15～19層以及頂層，各樓層樓板采用剛性樓板假定。根據(jù)自行設(shè)計(jì)的梁柱布置情況，在各標(biāo)準(zhǔn)層布設(shè)梁柱構(gòu)件。

表1 各樓層主要構(gòu)件規(guī)格
Table 1 Specifications for each floor mm

樓層主梁柱第1層HN500×200×10×16□650×650×30×30第2～7層HN500×200×10×16□600×600×20×20第8～14層HN400×200×8×13□500×500×15×15第15～20層HN400×200×8×13□400×400×15×15

1.3 荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定

樓面恒載的確定：假設(shè)每一層的樓面恒載均一致，參考漢森寫字樓框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[15]：10 mm厚混合砂漿抹灰取0.17 kN/m2，20 mm厚水泥砂漿找平取0.40 kN/m2，120 mm厚現(xiàn)澆混凝土樓板取3 kN/m2，某耐磨型的地板磚取1 kN/m2，吊頂取0.4 kN/m2，合計(jì)為4.97 kN/m2。

樓面活載的確定：對于民用建筑的樓面均布活載規(guī)定的取值[16]，選用寫字樓的活載標(biāo)準(zhǔn)值為2.0 kN/m2。

梁間線荷載的確定：梁間線荷載包括內(nèi)外隔墻和女兒墻的自重。內(nèi)墻：兩側(cè)20 mm厚混合砂漿抹灰，300 mm厚蒸壓粉煤灰加氣砼砌塊，取7 kN/m；外墻：兩側(cè)20 mm厚混合砂漿抹灰，200 mm厚蒸壓粉煤灰加氣砼砌塊，取5.5 kN/m；女兒墻：頂層最外側(cè)梁承受女兒墻的線荷載，取標(biāo)準(zhǔn)值2.0 kN/m。

1.4 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)PKPM的建模電算結(jié)果，可以得到結(jié)構(gòu)各樓層的基本信息，見表2，為后續(xù)有限元建模提供了參數(shù)。

表2 樓層質(zhì)量Table 2 Seismic mass

對鋼框架結(jié)構(gòu)在多遇地震下的抗震變形進(jìn)行驗(yàn)算，高層鋼框架的彈性層間位移角限值為1/250[14]。結(jié)果見表3。Y方向的剛度較低，Y方向的頂點(diǎn)位移和層間位移角較X方向大，兩個(gè)方向的最大層間位移角均小于1/250的限值，且與限值相差不是太大，鋼框架結(jié)構(gòu)剛度合理。

表3 水平地震力作用Table 3 Horizonal earthquake effect

最后，利用OpenSees取框架結(jié)構(gòu)Y方向的一榀建模，如圖1(b)所示，凝練Benchmark模型以進(jìn)行地震易損性分析，根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果，如表4所示，OpenSees中建立的結(jié)構(gòu)模型與PKPM中建立的模型擬合度很高，體現(xiàn)了原結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可進(jìn)行后續(xù)分析。

表4 模態(tài)分析對比Table 4 Comparison of modal analysis

2 阻尼器參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)目標(biāo)

控制結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)是保證結(jié)構(gòu)抗震性能的有效手段，即在一定水準(zhǔn)的地震作用下，以預(yù)期的結(jié)構(gòu)位移反應(yīng)為設(shè)計(jì)目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在地震作用下預(yù)期的性能要求。

首先確定消能減震的控制目標(biāo)，即確定地震作用的降低程度，取樓層中發(fā)生層間位移角的最大值為無阻尼器結(jié)構(gòu)對應(yīng)響應(yīng)的76%作為結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)目標(biāo)，并以此減震目標(biāo)作為3類阻尼器共同的設(shè)計(jì)目標(biāo)，在同一設(shè)計(jì)目標(biāo)下評估3類阻尼器的減震性能。

2.2 阻尼器采用的模型

摩擦阻尼器、防屈曲支撐均采用Bouc-Wen模型，Bouc-Wen模型是經(jīng)典的位移型阻尼器滯回曲線的恢復(fù)力模型，由于精準(zhǔn)的擬合性，常被用于各類力學(xué)模型的研究[17]，其恢復(fù)力表達(dá)式為

F=αKΔu+(1-α)Kz

(1)

(2)

式中：F為阻尼力；α為屈服后阻尼器的剛度比；K為阻尼器的初始剛度；Δu為阻尼器的位移；z為與滯回曲線有關(guān)的形狀函數(shù)；A、β、γ、n為確定滯回曲線形狀的4類參數(shù)。

在進(jìn)行摩擦阻尼器、防屈曲支撐設(shè)計(jì)時(shí)，采用擬合文獻(xiàn)[18-19]中提供的摩擦阻尼器和防屈曲支撐的形狀函數(shù)參數(shù)來對摩擦阻尼器和防屈曲支撐進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，如圖2所示。

圖2 阻尼器模型曲線與試驗(yàn)曲線的擬合Fig.2 The fitting of damper model and test

粘滯阻尼器采用線性模型，線性模型為阻尼單元的形式

(3)

2.3 附加有效剛度和附加有效阻尼比的計(jì)算

1)附加有效剛度——等價(jià)線性化方法

Keff=Fmax/Δumax

(4)

式中：Keff為阻尼器附加到結(jié)構(gòu)的有效剛度；Fmax為阻尼器所受的最大荷載；Δumax為阻尼器的最大位移。

2)附加有效阻尼比——能量化方法

(5)

式中：ξd為阻尼器附加給結(jié)構(gòu)的有效阻尼比；Wcj為在預(yù)計(jì)的層間位移下第j個(gè)阻尼器進(jìn)行一周期往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)的耗能量；Ws為水平地震作用下消能減震結(jié)構(gòu)的總應(yīng)變能[19]。

2.4 設(shè)置阻尼器的位置

阻尼器不同的布置方式也會(huì)對阻尼器的參數(shù)設(shè)計(jì)帶來影響，阻尼器的布置宜沿結(jié)構(gòu)主軸方向設(shè)置，并形成均勻合理的結(jié)構(gòu)體系，采用每層簡單斜撐布置的形式，每層均勻布置，如圖1(b)所示。

2.5 阻尼器參數(shù)設(shè)計(jì)總體流程

根據(jù)已選定的阻尼器原型，確定相應(yīng)滯回曲線的形狀參數(shù)，之后再調(diào)整阻尼器的力學(xué)參數(shù)以滿足設(shè)計(jì)要求，對附加阻尼比作出假設(shè)，并進(jìn)行后續(xù)的結(jié)構(gòu)變形計(jì)算，但此時(shí)計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的變形并非真實(shí)變形，需要再次采用式(5)求出阻尼器的附加阻尼比，將附加阻尼比的假定值與計(jì)算值進(jìn)行比較，若二者相差很大，進(jìn)行迭代計(jì)算，直到兩次結(jié)果相近。阻尼器參數(shù)設(shè)計(jì)總體流程圖如圖3所示。

圖3 阻尼器參數(shù)設(shè)計(jì)總體流程Fig.3 Damper parameter design flow

在這幾類典型阻尼器中，除了粘滯阻尼器僅提供結(jié)構(gòu)附加阻尼比之外，其他阻尼器均可以提供附加阻尼比和附加剛度。按照中國抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的設(shè)計(jì)流程和方法，最終設(shè)計(jì)的阻尼器參數(shù)如表5和圖4所示。

表5 各類阻尼器的設(shè)計(jì)參數(shù)Table 5 Design parameters of the dampers

圖4 阻尼器設(shè)計(jì)結(jié)果Fig.4 The design result of

3 IDA分析基本過程

IDA分析是將地震動(dòng)的強(qiáng)度賦予單調(diào)遞增的比例系數(shù)，得到不同強(qiáng)度指標(biāo)度量值IM(Intensity Measure)；對結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，得到的不同強(qiáng)度下結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)度量值DM(Damage Measure)，從而建立反映結(jié)構(gòu)響應(yīng)歷程的以IM為縱坐標(biāo)、DM為橫坐標(biāo)的曲線。在這一過程中，結(jié)構(gòu)歷經(jīng)了線彈性階段、彈塑性階段以及破壞階段的完整響應(yīng)歷程，可以全面體現(xiàn)地震下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)過程。

3.1 地震動(dòng)的選取

文獻(xiàn)[20]定義：小于60 km的斷層距地震動(dòng)定義為近場地震動(dòng)，60～200 km范圍的斷層距地震動(dòng)定義為中場地震動(dòng)，大于200 km的斷層距地震動(dòng)定義為遠(yuǎn)場地震動(dòng)。

根據(jù)該20層鋼框架結(jié)構(gòu)的基本信息，地震影響系數(shù)最大值取0.12，特征周期取0.4 s，鋼結(jié)構(gòu)的阻尼比取0.02，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[14]得到場地的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜見圖5。

圖5 地震動(dòng)反應(yīng)譜Fig.5 Response spectrum of ground

根據(jù)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜查找擬合度最高的地震動(dòng)，相應(yīng)的參數(shù)：矩震級為6.5～7.8級，震中距為200～500 km，符合遠(yuǎn)場地震動(dòng)的定義，30 m深度土層的剪切波波速為150～500 m/s；強(qiáng)震持續(xù)時(shí)間為19～36 s，選擇10條平行于斷裂帶方向的水平地震下地震動(dòng)數(shù)據(jù)，其基本信息見表6。

表6 地震動(dòng)基本信息Table 6 Basic information of ground motion

設(shè)計(jì)反應(yīng)譜以及選出的10條地震動(dòng)反應(yīng)譜，如圖5所示。

3.2 指標(biāo)分析參數(shù)的選取

DM指標(biāo)度量是地震作用下反映結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)和損傷程度的狀態(tài)參數(shù)。對于框架結(jié)構(gòu)，最常采用結(jié)構(gòu)層間位移角的最大值θmax作為DM的指標(biāo)度量[21]。IM指標(biāo)度量是反映輸入地震動(dòng)本身強(qiáng)度值的參數(shù)指標(biāo)，既可以用地震動(dòng)運(yùn)動(dòng)相關(guān)參數(shù)表示，也可以用結(jié)構(gòu)的最大反應(yīng)相關(guān)參數(shù)表示[22]。前者常用地震動(dòng)的峰值加速度PGA，后者常用結(jié)構(gòu)在第1階自振周期下譜加速度Sa值表示。對于中長周期結(jié)構(gòu)，PGA度量指標(biāo)的離散性干擾嚴(yán)重，而在結(jié)構(gòu)的最大反應(yīng)相關(guān)參數(shù)指標(biāo)中，中長周期的結(jié)構(gòu)與Sa關(guān)聯(lián)度比較高[23]，所以，在中長周期的結(jié)構(gòu)下對結(jié)果數(shù)據(jù)具有集中性整合的優(yōu)點(diǎn)，Sa度量指標(biāo)最為適合。由于采用了長周期的20層鋼框架結(jié)構(gòu)，所以，DM度量指標(biāo)采用結(jié)構(gòu)的最大層間位移角θmax，IM指標(biāo)選擇結(jié)構(gòu)在第1階自振周期下的譜加速度值Sa。

3.3 極限狀態(tài)點(diǎn)的確定

作出IDA曲線之后，為了進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震性能評估，根據(jù)相應(yīng)判別準(zhǔn)則確定曲線上的極限狀態(tài)點(diǎn)。基于IM準(zhǔn)則的極限點(diǎn)狀態(tài)判據(jù)為：當(dāng)曲線上某一點(diǎn)的地震強(qiáng)度指標(biāo)IM數(shù)值達(dá)到所規(guī)定的極限狀態(tài)界限值時(shí)，即可視這一點(diǎn)為極限狀態(tài)點(diǎn)?；贒M準(zhǔn)則的極限點(diǎn)狀態(tài)判據(jù)為：當(dāng)曲線上某一點(diǎn)的結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)DM數(shù)值達(dá)到所規(guī)定的極限狀態(tài)界限值時(shí)，即可視這一點(diǎn)為極限狀態(tài)點(diǎn)。由于此極限狀態(tài)點(diǎn)是某一確定結(jié)構(gòu)自身的失穩(wěn)倒塌極限狀態(tài)點(diǎn)，不同于基于IM準(zhǔn)則的極限點(diǎn)狀態(tài)判據(jù)，對于多條不同的地震動(dòng)記錄都可以采用同一DM界限值[23]。

3.4 超越概率函數(shù)

文獻(xiàn)[24-25]給出了對結(jié)構(gòu)進(jìn)行易損性分析時(shí)采用的工程結(jié)構(gòu)需求參數(shù)在確定的地震動(dòng)強(qiáng)度量值IM下，對結(jié)構(gòu)某一性能水準(zhǔn)能力L的超越概率函數(shù)P，如式(6)所示，得到結(jié)構(gòu)需求參數(shù)m在該確定的地震動(dòng)強(qiáng)度值IM下服從對數(shù)正態(tài)分布。

(6)

式中：Φ為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的分布函數(shù)。

4 結(jié)構(gòu)-阻尼器系統(tǒng)的易損性評估

4.1 基于位移的倒塌易損性評估

選取基于DM準(zhǔn)則的極限點(diǎn)狀態(tài)判據(jù)，中國規(guī)范[7]通過此準(zhǔn)則規(guī)定了鋼框架結(jié)構(gòu)倒塌抗震分析時(shí)的最大彈塑性位移角為1/50，即為基于DM準(zhǔn)則的極限點(diǎn)狀態(tài)判據(jù)的倒塌極限狀態(tài)點(diǎn)。

對無阻尼器結(jié)構(gòu)、設(shè)置粘滯阻尼器、摩擦阻尼器和防屈曲支撐3類典型阻尼器結(jié)構(gòu)分別用IDA方法進(jìn)行分析，得到各情況下的結(jié)構(gòu)IDA曲線，如圖6所示。將各條地震動(dòng)對應(yīng)的倒塌點(diǎn)極限狀態(tài)，根據(jù)譜加速度Sa數(shù)值由小到大的順序進(jìn)行結(jié)構(gòu)在第1自振周期的譜加速度的累計(jì)概率分布的排序，并采用結(jié)合Matlab工具擬合式(6)得出結(jié)構(gòu)的倒塌易損性曲線如圖7所示。

圖6 結(jié)構(gòu)倒塌的IDA曲線Fig.6 Structure collapse IDA

圖7 結(jié)構(gòu)的倒塌易損性曲線

為了對受阻尼器控制下結(jié)構(gòu)的作用效果進(jìn)行顯著區(qū)分，采用CMR系數(shù)，即表征結(jié)構(gòu)實(shí)際對地震的抗倒塌性能之于要求設(shè)防性能的存儲(chǔ)潛力水平[26-27]，如式(7)所示。

(7)

即在20層鋼框架結(jié)構(gòu)的倒塌作用易損性曲線圖所對應(yīng)的橫坐標(biāo)譜加速度IM值在50%概率點(diǎn)處與遭遇罕遇地震時(shí)結(jié)構(gòu)的譜加速度IM值的比值計(jì)算見表7。

表7 IM值的比值Table 7 The ratio of IM

在以同一減震目標(biāo)控制在76%時(shí)設(shè)計(jì)出來的阻尼器中，對于結(jié)構(gòu)在遠(yuǎn)場地震下的抗倒塌性能方面，粘滯阻尼器效果最佳，然后是防屈曲支撐，最后是摩擦阻尼器。但當(dāng)譜加速度達(dá)到0.3g之后，防屈曲支撐和摩擦阻尼器的控制效果在很高的超越性能概率80%下會(huì)被無阻尼結(jié)構(gòu)超越，這說明在控制結(jié)構(gòu)的倒塌破壞性能時(shí)，防屈曲支撐和摩擦阻尼器并不能很好地起到控制作用，因此，在工程應(yīng)用中，對于遠(yuǎn)場地震作用下的建筑結(jié)構(gòu)，推薦設(shè)置粘滯阻尼器，以滿足自身的抗倒塌性能。

4.2 基于位移的損傷性能水準(zhǔn)評估

對比分析在出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷時(shí)設(shè)置典型阻尼器結(jié)構(gòu)維持對應(yīng)設(shè)計(jì)性能水準(zhǔn)的能力，分別采用累積對數(shù)正態(tài)概率分布的函數(shù)關(guān)系對無阻尼器結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)在粘滯阻尼器、摩擦阻尼器和防屈曲阻尼器下的IDA曲線，擬合了出現(xiàn)損傷破壞時(shí)性能量化指標(biāo)下結(jié)構(gòu)第1階自振周期的譜加速度Sa的倒塌易損性概率曲線，擬合時(shí)采用的結(jié)構(gòu)最大層間位移角對應(yīng)結(jié)構(gòu)的性能指標(biāo)如表8所示。

表8 結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)的判別Table 8 Destruction level reference

表8中，[Δue]指鋼框架結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限值，[Δup]指鋼框架結(jié)構(gòu)塑性層間位移角限值。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[13]的規(guī)定，多、高層鋼結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角限值[Δue]取0.004，塑性層間位移角限值[Δup]取0.02。

如圖8所示，控制結(jié)構(gòu)最大層間位移角大于0.004而小于0.006(1.5[Δue])時(shí)，即控制結(jié)構(gòu)輕微損傷性能中，阻尼器的控制效果為粘滯阻尼器最佳，防屈曲支撐稍遜色，摩擦阻尼器雖次之但差別不大；如圖9所示，控制結(jié)構(gòu)最大層間位移角大于0.006 而小于0.012(3[Δue])，即控制結(jié)構(gòu)中等損傷性能中，阻尼器的控制效果為粘滯阻尼器最佳，防屈曲支撐稍遜色，摩擦阻尼器雖次之但差別不大；如圖10所示，控制結(jié)構(gòu)最大層間位移角大于0.012而小于0.018(0.9[Δue])時(shí)，即控制結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p傷的性能中，阻尼器的控制效果為粘滯阻尼器最佳，防屈曲支撐稍遜色，摩擦阻尼器雖次之但差別不大。

圖8 輕微損傷性能的易損性曲線Fig.8 Seismic fragility with slight

圖9 中等破壞性能的易損性曲線Fig.9 Seismic fragility with medium

圖10 嚴(yán)重破壞性能的易損性曲線Fig.10 Seismic fragility with severe

在3個(gè)性能指標(biāo)水準(zhǔn)下，粘滯阻尼器的表現(xiàn)最為突出。雖然防屈曲支撐稍比摩擦阻尼器更優(yōu)，但防屈曲支撐和摩擦阻尼器兩者表現(xiàn)的控制結(jié)構(gòu)的性能效果差別不大，但需要注意的是，隨著性能水準(zhǔn)程度的提升，防屈曲支撐和摩擦阻尼器的控制效果甚至在很高的超越性能概率(中等破壞時(shí)為95%，嚴(yán)重破壞時(shí)為83%)下會(huì)被無阻尼結(jié)構(gòu)超越，這說明在控制結(jié)構(gòu)中等損傷和嚴(yán)重破壞的結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)控制范圍內(nèi)，防屈曲支撐和摩擦的控制效果不是很好，但在輕微損傷的結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)下，結(jié)構(gòu)控制性能明顯。

5 結(jié)論

研究了基于中國現(xiàn)行抗震規(guī)范所設(shè)計(jì)的高層建筑-阻尼器系統(tǒng)的地震易損性，評估了中國規(guī)范所設(shè)計(jì)的3類典型阻尼器的實(shí)際性能。所得結(jié)論如下：

1)采用基于位移的性能水準(zhǔn)評估指標(biāo)，與規(guī)范中阻尼器設(shè)計(jì)所選用的指標(biāo)一致，通過IDA分析指出規(guī)范所設(shè)計(jì)阻尼器的實(shí)際性能在某些強(qiáng)地震下可能劣于無阻尼器建筑，且不同類型阻尼器的減震效果也有所差異，尤其是速度型和位移型阻尼器差異明顯。

2)基于中國規(guī)范建立的20層鋼結(jié)構(gòu)Benchmark模型和中國規(guī)范所設(shè)計(jì)阻尼器，在同一減震設(shè)計(jì)目標(biāo)需求下，從抵抗結(jié)構(gòu)的抗倒塌概率來看，粘滯阻尼器表現(xiàn)最優(yōu)，防屈曲支撐和摩擦阻尼器次之，且二者性能接近。

3)采用體現(xiàn)性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)位移為評價(jià)指標(biāo)時(shí)，粘滯阻尼器表現(xiàn)最優(yōu)，防屈曲支撐雖然略高于摩擦阻尼器，但兩者差別不大，在較強(qiáng)地震作用下，出現(xiàn)了設(shè)置防屈曲支撐和摩擦阻尼器的結(jié)構(gòu)性能控制效果稍遜原始結(jié)構(gòu)的情況。