粘滞阻尼器在某中学实验楼中的应用

庾光忠　朱　贺　曾文武　陈国平　周函宇　周　露（株洲时代新材料科技股份有限公司）



粘滞阻尼器在某中学实验楼中的应用

庾光忠朱贺曾文武陈国平周函宇周露
（株洲时代新材料科技股份有限公司）

【摘要】该实验楼采用现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构，考虑其功能重要、抗震要求高等特点，采用时代新材牌粘滞阻尼器进行减震设计。通过ETABS小震分析得到附加阻尼比为3%，大震分析得到阻尼器的选型。

【关键词】框架剪力墙结构；时代新材；粘滞阻尼器

1　引言

拟建场地位于山西省，南侧为纬四路，东侧为经三路，西侧为经五路。本建筑分三个单体：南四层实验楼，建筑总高度为16.200m，属多层乙类建筑；东三层教师办公楼，建筑总高度为2.300m，属多层丙类建筑；北两层图书馆，建筑总高度为8.4m，属多层乙类建筑。各个单体均无地下室，见图1。

结构设计使用年限为50年。设计基本烈度为8度，设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅲ类。基本风压为0.50KN/m2，地面粗糙度类别为B类。

本工程（实验楼）采用带粘滞阻尼器的钢筋混凝土框架剪力墙结构体系，根据GB50011-2010《建筑抗震设计规范》（简称《抗规》），对该减震结构进行消能减震设计与分析。

2　结构设计方案

2.1产品结构

图1　实验楼建筑立面图

图2　粘滞阻尼器结构示意图

图3　阻尼器支撑所在隔墙处理大样

典型的粘滞阻尼器结构示意图如图2所示。

本工程选择粘滞阻尼器［1］［2］，粘滞阻尼器可以提供附加阻尼，却不改变建筑物结构形式，该种阻尼器是现有比较成熟的阻尼器之一，长期使用功能及维护费用都具有很强的优越性，是目前在实际工程中应用最为广泛的阻尼器之一。粘滞阻尼器采用人字型支撑［3］形式，便于开设门洞等优点，故在医院和学校等建筑应用较多，其构造如图3。

本项目消能设计中采用了的阻尼器参数为：阻尼系数［4］［5］C为500KN/（m/s）0.30，阻尼指数为0.30。

2.2框架剪力墙结构体系

根据建筑功能及结构平面布置特点，确定该建筑的阻尼器布置位置及数量。选用14套阻尼器，布置的位置如图4及表1所示。

图4　阻尼器平面布置图

表1　阻尼器总体布置情况

3　结构分析参数

3.1结构模型校核

为了校核所建立ETABS模型的准确性，将ETABS与PKPM进行对比，如表2所示。表中差值为：

由表2和表3可知，两软件模型的质量和周期比较接近，说明ETABS建立的模型是正确的。

表2　非减震结构质量对比　单位：Ton

表3　结构周期（s）和振型

3.2地震作用分析参数选取

分析过程中地震波的选取，6wave180波、9wave90波、67wave14波、79wave000波、86wave33波、RGB1波和RGB2波。

在采用时程分析法时，所选地震波的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符（主要振型的周期点上相差不大于20%）。在弹性分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结构的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%，基底剪力对比见表4。

表4　无控结构反应谱与时程分析对比（KN）

表5　7条时程反应谱与规范反应谱曲线对比

4　附加阻尼比计算

根据《建筑抗震设计规范》B50011-2010附加阻尼比计算方法，调整各条地震波的PGA为700gal进行附加阻尼比计算，鉴于篇幅仅列出了6wave180波作用下的数据，见表6。

经计算得到7条地震波作用下，消能减震结构附加阻尼比X向4%，Y向3%，综合考虑得出黏滞流体阻尼器附加给结构的等效阻尼比为3%。

5　阻尼器选型计算

调整各条地震波的PGA为4000gal进行阻尼器选型计算，鉴于篇幅仅列出了6wave180波作用下的数据，见表7及表8。

经统计分析本项目的阻尼器选型详见表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　阻尼器选型参数

6　结论

本项目为框架剪力墙结构体系，处于地震高烈度地区。为降低结构的动力响应并保证结构在地震作用下的安全性，对此结构进行粘滞阻尼器减振设计与分析，通过对其进行优化设计和地震动力时程响应分析，得到如下结论：

⑴ETABS计算模型与PKPM计算模型吻合良好。

⑵通过对该楼布置14个阻尼器，能达到设计附加阻尼比的要求，层间位移角也满足规范限制要求。

⑶消能减震结构附加阻尼比X向4%，Y向3%，综合考虑得出黏滞流体阻尼器附加给结构的等效阻尼比为3%。

⑷本工程的施工技术要求高，施工难度大，质量控制尤为关键。为保证工程安全可靠，确保项目达到设计意图，业主应专门委托有经验的技术服务单位配合设计单位进行减震设备测试、安装的深化设计并对减震体系施工进行现场技术指导。●

【参考文献】

［1］翁大根.消能减震结构理论分析与试验验证及工程应用［D］.上海：同济大学，2006.

［2］周云，徐彤.耗能减震技术研究及应用的新进展［J］.地震工程与工程振动，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.