基于改进Kasai法消能减震结构设计研究

乌 兰 陶鹤进 左 江 夏长春 李爱群

(1.南京市建筑设计研究院有限责任公司，江苏 南京 210014; 2.东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室，江苏 南京 210096; 3.北京建筑大学，北京 100001)

1 粘滞阻尼减震结构Kasai法基本流程[1]

1)求单自由度体系的最大地震动位移。

2)由目标控制位移和1)中位移计算位移降低率Rd。

其中:

(1)

(2)

(3)

7)求多质点体系各层的粘滞阻尼器系数Cdi。

由上述流程可知：按照主体框架层刚度成比例来分配各层的存储刚度和损失刚度，该分配方法会带来楼层刚度越大分得的阻尼参数越大，这与消能减震规程[2]中优先在结构变形较大部位布置阻尼器是相背离的。本文通过对Kasai法的分配理论进行重大改进，以某不规则粘滞阻尼框架结构为研究对象，进行消能减震设计研究并验证方法的可靠性。

2 Kasai法减震优化设计方法的改进

本文主要针对不规则粘滞阻尼框架对Kasai法做了如下的改进：

1)建立结构各楼层阻尼力合力点的概念，在结构的水平正交的两个方向上依据建筑上布置阻尼器可行的位置，在两个端部分别建立柔性端和刚性端，然后通过控制平面平扭耦联效应最小将Cdi来分配到柔性端和刚性端，限于篇幅具体流程可参考文献[3]。

2)按照1)的办法，各楼层分别得到各自柔性端和刚性端的阻尼系数，然后在结构竖向进行归并优化，在保证结构总体性能的同时尽量减少阻尼器的数量，实现性能和经济的最佳平衡。具体流程限于篇幅可参考文献[4]。

3 算例

本算例采用文献[5]中的算例，本工程属于高烈度区的9层框架结构，X方向结构层间位移角无法满足规范要求，专家建议采用加设粘滞阻尼器的方法，控制结构X向层间位移，提高结构抗震性能，见图1。

性能参数的设定如下：

表1 各层质心、刚心和阻尼中心、刚性端和柔性端中心 m

表2 粘滞阻尼器各层阻尼系数归并处理及分组

表1给出了基于改进的分配理论计算得到的结构在X方向楼层平面内的分配阻尼系数的依据阻尼力合力点以及两个端部配置阻尼器分力点。可为分配楼层平面阻尼参数提供基础。表2给出了为了引入遗传算法结构优化结构竖向不同楼层内阻尼参数优化，引入动态配置阻尼参数初始值。

选取适用于本结构所在场地的El-centro波进行计算。对比分析在El-Centro波作用下结构地震反应位移曲线。

对比图3～图5分析可知：采用粘滞阻尼器减震后，结构层间位移角显著减小，动态配置12组实现目标层间位移角值1/400的限值，但配置为6组，无法满足限值，图6给出了水平地震作用下，调整动态配置阻尼器数量，粘滞阻尼减震结构基底剪力降低率的数值变化曲线。可见，在实现结构整体性能良好的情况下，阻尼参数的优化空间是很大的。

4 结语

本文通过对Kasai法进行改进，实现了对不规则粘滞阻尼框架消能减震设计得出以下成果：

1)本文提出的新的粘滞阻尼参数分配理论，可为粘滞阻尼减震结构中阻尼系统的参数的分配提供理论基础。

2)该方法在保证满足结构总体减震性能的同时，可以实现粘滞阻尼系统参数，数量和位置的同步快速优化，实现经济效益的最大化。

[1] [日]社团法人日本隔震结构协会.被动减震结构设计·施工手册[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2] JGJ 297—2013,建筑消能减震技术规程[S].

[3] 乌 兰，李爱群.黏滞阻尼器控制平—扭耦联效应最优位置研究[J].沈阳建筑大学学报,2014(6):67-49.

[4] 乌 兰,李爱群.基于遗传算法的偏心结构粘滞阻尼器优化布置研究[J].工程抗震与加固改造,2014(2):112-113.

[5] 乌 兰，李爱群.软钢阻尼器在中国妇女活动中心酒店结构中优化研究[J].工业建筑,2013(S1):13-15.