多遇地震下框架结构减震方案对比

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇多遇地震下框架结构减震方案对比范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要：在消能减震结构中，屈曲约束支撑是现在市场比较常用的消能构件，而粘滞阻尼墙是近年才在我国开始使用的消能减震构件。在以5层的框架结构算例中分别使用粘滞阻尼墙（VDW）、屈曲约束支撑（BRB）以及（VDW+BRB）组合进行减震设计，在多遇地震下，（VDW+BRB）方案的减震效果最好，能有效减小上部结构响应，大大提高建筑结构的抗震安全性。

关键词：消能减震；屈曲约束支撑；粘滞阻尼墙

中图分类号：TU352 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）35-0048-03结构消能减震体系，就是把结构物的某些非承重构件（如支撑、剪力墙、连接件等）设计成消能构件，或在结构的某些部位（层间空间、节点）装设消能装置。当发生地震时，随着结构侧向变形的增大，消能构件或消能装置率先进入非弹性状态，提供较大阻尼，大量消耗输入结构的地震能量，从而保护主体结构及构件在地震中免遭严重破坏，确保结构安全。

1 粘滞阻尼墙

粘滞阻尼墙（Viscous Damping Wall，以下简称VDW）是一种用于建筑结构的耗能减震器，VD墙的基本构造如图1所示。它主要由悬挂在上层楼面的内钢板、固定在下层楼面的两块外钢板、内外钢板之间的高粘度粘滞液体组成。地震时上下楼层产生相对速度，从而使得上层内钢板在下层外钢板之间的粘滞液体中运动，产生阻尼力，吸收地震能量，减小地震反应。

2 屈曲约束支撑

屈曲约束支撑是一种受压时不会发生屈曲失稳的轴心受力构件。这是一种在受拉和受压情况下都能达到屈服的消能支撑构件，改善传统支撑在受压时发生屈曲的缺点， 提高结构的抗震性能。使用此屈曲约束支撑的框架体系， 不仅具有良好的抗侧性能， 而且提高了结构的韧性和抗震性能。屈曲约束支撑在进入塑性状态后可以消耗大量的能量， 将结构的振动能量转化为热能消散掉， 从而起到降低结构动力反应的目的。

粘滞阻尼墙因其性能稳定、概念清晰而且造价相对较低，在结构上设置非结构耗能元件可以提高结构抗震性能已经得到工程界广泛认可。在各种消能减振装置中粘滞阻尼墙作为速度相关性耗能装置由于其优越的性能，在国内外应用广泛。粘滞阻尼墙厚度薄，出力大，容易满足建筑设计对阻尼器尺寸方面的要求。

屈曲约束支撑因其自重轻、布置灵活和安装方便等方面体现出较好的优越性，屈曲约束支撑与框架组成的结构体系表现出极佳的承载能力和耗能性能。

3 减震装置的力学模型

粘滞阻尼墙是属于速度型阻尼器，其阻尼力取决于速度，粘滞阻尼器的阻尼力与相对变形的速度关系，可表达为：

F=C×Va

式中：F为阻尼力；C为阻尼系数；V为速度；a为速度指数。（取值范围在0.1～2.0，从抗震角度看，常用值一般在0.2～1.0范围内）。

粘滞阻尼器常用Maxwell模型模拟，由弹簧和阻尼器两部分组成，其力学模型如图2所示。

对于纯阻尼器，只要使K足够大，就可以忽略弹簧的影响。

屈曲约束支撑属于位移型阻尼器，其耗能作用是通过钢芯屈服后的塑性变形来实现，恢复力大小与屈服后刚度和最大塑性变形（或消耗能量）有关，强度表现不因低周往复或位移增大而出现明显的退化现象。由其滞回曲线可知，能采用简化的双线性力学模型模拟，并能取得较好的模拟效果（如图3所示）。

4 计算模型及减震方案

4.1 计算模型

以某5层框架结构为工程背景，该结构建筑面积为

19 498 m2，首层层高为6 m，其余层高为4 m，长宽比为2.7，高宽比为2.7。工程所在地区抗震设防烈度为8 ？，设计地震分组为第三组，基本加速度为0.20 g，场地特征周期0.65，第1、2平动周期为0.7717 s（X向），0.7476 s（Y向），第一扭转周期为0.6861 s。由于结构平动周期与场地周期接近，根据建筑功能要求，考虑建筑抗震安全性，结构采用减震控制技术。

抗震分析中采用sap2 000对结构进行整体建模，采用空间杆单元模拟梁、柱，用damper单元模拟阻尼墙，用multilinear plastic单元模拟屈曲约束支撑（如图4所示）。

根据中国《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）第3.8.2条，采用消能减震设计的建筑，其抗震设防目标应高于普通建筑。该建筑的抗震设防目标为：设置阻尼器的减震结构，当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不需进行修理可继续使用，其结构目标位移角限值由限值1/550变至1/800。

本工程选用的是市面上常用的粘滞阻尼墙为VDF-NL×1 700×80，粘滞阻尼器不附加结构刚度，仅提供结构附加阻尼（见表1）。

本工程采用的同样是市面上常用的屈曲约束支撑BRB为铰接双槽钢屈曲约束支撑（JK-PDBRB），其力学模型参数见表2。

多遇地震反应分析中，地震波峰值为70 Gal，采用5条地震波作为输入波，分别为：分别为1940年El Centro-lmp Vall lrr地区的El Centro成分波（简写El-NS）、1976年唐山地震余震天津医院记录（简写TJ-EW）、1994年美国NORTHRIDGE 地震Taft记录（简写Tf-NS）、1995年神户地震时的八户波（简写Ha-EW）和2008年10月5日7.0级地震的新疆喀什台站地震记录（KS-EW），这里把其中2条地震记录时程曲线列出（如图5所示）：

4.2 减震方案

根据建筑使用功能条件提出了如下3种减震技术方案：

①只布置粘滞阻尼墙―（VDW）方案；

②只布置屈曲约束支撑―（BRB）方案；

③同时布置粘滞阻尼墙和屈曲约束支撑―（VDW+BRB）方案（见表3）。

5 减震效果分析

在结构地震反应分析中，对非减震，减震（阻尼墙），减震（屈曲约束支撑）和减震（阻尼墙+屈曲约束支撑）四种结构在5种工况下的层剪力、层间位移角倒数以及层加速度结构的平均数进行对比（如图6、图7、图8所示）。

由上述图表可知，三种不同减震方案对结构的减震影响均能达到不同效果，其中以（VDW+BRB）方案的减震效果最明显，各层层剪力平均减震率达到X向36.9%、Y向32.5%，而（VDW）方案和（BRB）方案的层剪力平均减震率分别为X向25%、18.2%和Y向26.8%、7.7%。

而（VDW+BRB）方案与非减震结构的层间位移角之比为X向50.5%～67.4%，Y向45%～62.05%，而（VDW）方案为X向54.1%～78.2%、Y向49.4%～74.63%，（BRB）方案为X向71.8%～87.7%，Y向81.7%～89.4%。由此可见，（VDW+BRB）方案层间位移角更小，且满足我国《建筑抗震设计规范》不大于1/550的性能要求。

由层加速度可知，（VDW+BRB）方案和（VDW）方案的层加速度平均值较为接近，X、Y向均能较好削弱结构的层加速度21%～25%，而（BRB）方案几乎没起到削弱层加速度的效果，其在首层的层加速度更是出现了微小的负增加。

6 结 论

①在多遇地震下对结构采取的三种减震方案中，（VDW+BRB）方案的减震效果最好，其次是（VDW+BRB）方案，（BRB）方案的减震效果相对较差。

②三种减震方案均能在一定程度上降低结构的地震反应，但是（BRB）方案并没有取得减少结构层加速度的效果，粘滞阻尼墙则能在层剪力、层间位移角和层加速度三个方面都取得较好的减震效果。

综合来说，在多遇地震下，粘滞阻尼墙对此框架结构而言是较理想的减震装置，粘滞阻尼墙与屈曲约束支撑的组合使用更是能达到更好的减震效果。

参考文献：

[1] 周福霖.工程结构减震控制[M].北京：地震出版社，1997.

[2] 欧谨.粘滞阻尼墙结构的减振理论分析和试验研究[D].南京：东南大学，2006.

[3] 汪大洋，周云，王烨华，等.粘滞阻尼减震结构的研究与应用进展[J].工程抗震与加固改造，2006，28（4）.

[4] 闫锋，吕西林.附加与不附加粘滞阻尼墙的RC框架对比振动台试验研究[J].建筑结构学报，2005，26（5）.

[5] 谭在树，钱稼茹.钢筋混凝土框架用粘滞阻尼墙减震研究[J].建筑结构学报，1998，19（2）.

[6] 罗开海.屈曲约束支撑体系设计方法[J].建筑结构，2011，41（11）.

[7] 林昕，夏旭标，孙飞飞.屈曲约束支撑和普通支撑的混合布置研究[J].建筑钢结构，2010，12（2）.