屈曲约束支撑和阻尼器在建筑结构中减震效果分析

李 璐

(太原理工大学建筑设计研究院,山西 太原 030024)

1 概述

在各种自然灾害之中，地震灾害所带来的危害是相对严重的，而从地震发生过程中对于人们造成损害方面来说，主要是由于地震发生时会导致建筑工程出现严重破坏问题或者是倒塌问题，使得人员受到相对大伤亡。因为现阶段我们不能够对地震灾害进行更加准确的预测，所以，在预防地震灾害的过程中，最为有效的方法依旧是确保建筑工程抗震性能能够有效提升，通过此种方法可以有效的减少地震中造成的人员伤亡和经济损失，这在以往地震灾害防治工作之中已经得到了证实。要想保证建筑工程在发生地震情况下依旧可以拥有优良的稳定性能，要求必须要结合建筑工程实际情况和标准规范要求，针对建筑工程开展抗震设计工作。

2 抗震加固技术

2.1 屈曲约束支撑加固技术

此种抗震加固技术所应用到的主要为屈曲约束支撑元件，其属于一种消能类型元件，该元件受到地震灾害影响情况下其轴向应力将会转移至结构中心位置的芯材承担，其受到了轴向的作用力情况下会发生屈服反应，从而消耗掉冲击作用所带来的能量，设置于外部结构的钢管以及套管之中浇筑成型的混凝土结构则能够保障芯材在弯曲过程中受到一定约束，从而防止其在受到相对大压力情况下而出现失稳问题。因为基本上不会出现受压失稳问题，所以，采用此种结构对建筑工程进行支撑情况下，要较采用钢结构进行支撑所需面积更小，如此便能够有效的降低地震对于建筑工程的破坏作用。

2.2 粘滞阻尼器加固技术

此种抗震加固技术所应用到的主要为粘滞阻尼器元件，其同样属于一种消能类型元件，该元件通常由缸筒结构、活塞结构、阻尼孔结构以及粘滞材料等不同部分构成。其在工作中是借助于活塞结构以及缸筒结构所存在的相对运动，在这一运动过程中会形成一定压力差，因为受到了压力作用，将会使得缸筒之中所包含的粘滞材料将由阻尼孔结构之中流出，这样便会形成一定的阻尼作用，借助于粘滞材料流动以及产生的阻尼作用而消耗能量。线性阻尼器装置阻尼作用和速度之间表现出正比例关联性，在遭遇相对低等级的地震灾害情况下，其阻尼作用相对较小，而遭遇相对高等级地震情况下，其阻尼作用相对较大。而对于非线性阻尼器装置而言，其在遭遇相对低等级地震灾害情况下，其阻尼作用相对大，遭遇相对高等级地震情况下，其阻尼作用并不会呈线性增加。就目前实际应用效果而言，非线性阻尼器装置应用效果更为优良。其不仅能够抵抗地震灾害作用，同时也可以有效的抵抗风力的作用，能够更好的对建筑工程加以保护。

2.3 隔震层加固技术

隔震层是在建筑工程结构之中增加上相应的隔震支座结构以及阻尼结构等，从而构建成为能够一定复位性能的隔震层结构，如此便可以确保建筑工程在受到地震作用情况下的自振周期得以增加，从而使得地震冲击下传到建筑工程上部结构位置处的地震冲击作用有效减弱，确保建筑工程的抗震性能能够得以有效改善。对于一些低层建筑工程而言，例如:食堂建筑结构，这些结构一般情况下高宽比值不超过4，而且在变形过程中也多是剪切变形，建筑工程的整体刚度值相对大，建筑工程所拥有的自振周期相对短，极易受到地震灾害的影响。通过增加隔震层结构之后，便能够确保建筑工程的自振周期会有所增加，从而使得建筑工程上部构造在受到地震作用下的加速度反应将会进一步减弱，这样便能够使得结构阻尼增加，从而达到有效的抗震效果。

3 抗震加固技术在工程中的应用现状

目前，我国几乎所有的建筑工程在设计以及施工过程中都开始应用不同类型的抗震加固技术，其中大部分都是仅仅应用了一种抗震加固技术，但是，采用屈曲约束支撑加固技术和粘滞阻尼器装置加固技术进行联合抗震设计的建筑工程相对较少。在采用屈曲约束支撑加固技术时，由于屈曲约束支撑结构其属于一种位移类型的阻尼装置，当发生相对小地震情况下，屈曲约束支撑结构是在弹性状态之下，无法有效发挥出减震作用，不过可以确保建筑工程的侧向刚度有所提升，从而使得建筑工程的位移减小。而在发生了相对高等级地震灾害情况下，则屈曲约束支撑结构可以发挥相对大的减震作用。粘滞阻尼器装置其属于一种速度类型的阻尼装置，在建筑结构遭受到相对低等级的地震灾害情况下，其能够起到有效减震作用，而且在建筑结构遭遇相对大的地震灾害情况下也能够发挥更大的减震作用。不过，粘滞阻尼装置其无法确保建筑工程的侧向静刚度值有所提升。而若是仅仅借助于粘滞阻尼器装置来控制建筑工程位移，则通常要求应当设置相对多的粘滞阻尼装置，这样将导致建筑工程的整体造价会有所增加。

所以，通过应用屈曲约束支撑加固技术以及粘滞阻尼加固技术，能够确保建筑工程无论是遭遇何种等级的地震强度情况下均可以发挥优良的抗震效果，同时，也能够有效提升建筑工程的侧向刚度，从而可以达到结构的位移要求，确保建筑工程拥有更为优良的抗震性能。 而在应用隔震层结构的过程中，要求其要拥有相对优良的初始刚度值，这样才能够确保风力载荷以及其他水平载荷的影响之下，建筑工程不会出现相对大位移问题，确保建筑工程能够达到正常的应用需求。并且，对于其上部结构而言，要求所设置的隔震层结构其刚度值应适当减小，如此才能够确保在遭遇地震灾害问题情况下，能够降低建筑工程上部结构出现的加速度值，从而确保建筑工程可以更加稳定。

4 屈曲约束支撑和阻尼器实际应用效果分析

4.1 建筑工程概况

某建筑工程属于学校综合楼建设工程，工程结构属于钢筋混凝土结构，建筑结构层数为12层，南北方向对应的宽度值在15 m～18 m，东西方向对应的宽度值在57 m～64 m，整体呈现圆弧形状，南北方向上设置的柱结构间距值在3 m～5 m范围之内，东西方向上设置的柱结构间距值在7.1 m～8 m。建筑工程所处的区域属于7度设防区，依照我国相关的标准与规范之中规定，为了确保建筑工程能够拥有更为优良的抗震性能，在进行设计与施工过程中甲方要求按照8度设防区标准进行设计，所以，在实际设计与施工过程中采用了联合抗震加固技术。

4.2 屈曲约束支撑和阻尼器联合抗震加固方案设计

若是仅仅利用以往的抗震加固技术，要求在建筑结构之中设置上剪力墙结构，同时也要求针对梁柱结构进一步进行加固处理，增加梁柱结构的截面面积大小，这样不仅导致建筑工程的整体使用功能会受到一定影响，另外，也会使得建筑工程的整体造价偏高。所以，在进行设计与施工过程中，应用了屈曲约束支撑和阻尼器抗震加固技术。在建筑结构的四角位置处加设向X方向以及Y方向的屈曲约束支撑结构，一共设置有140根，在不同层结构之间加设粘滞阻尼器装置，阻尼器装置的阻尼系数为70 kN(s/mm)0.3，阻尼指数为0.3，预估阻尼力为600 kN，所设置的阻尼装置数量一共为30套。

4.3 屈曲约束支撑和阻尼器联合抗震加固方案应用效果

针对采用屈曲约束支撑和阻尼器联合抗震加固方案设计之后的建筑工程进行Midas Gen模拟分析。通过分析得出，在小震作用之下，设置屈曲约束支撑结构能够确保建筑工程的层间位移角度值控制在1/800范围之内，符合标准要求，同时加设了粘滞阻尼器装置，这样又进一步确保了建筑结构层间位移角的降低，从而保障了建筑结构能够达到小震条件下抗震标准要求。针对大震情况下建筑结构层间位移角进行模拟得出，在采用屈曲约束支撑和阻尼器联合抗震加固方案进行加固处理之后，确保了层间位移角能够控制在1/100范围之内，从而使得建筑结构不会出现相对严重的损坏，可以满足“大震不倒”这一标准要求。这也说明了此建筑工程通过采用屈曲约束支撑和阻尼器联合抗震加固方案有效的提升建筑工程抗震效果，满足标准与规范的要求，在实际应用中是可行的。