云南某康复中心减震设计分析*

周畅 潘文 张智吉 赵东龙 王有新

（昆明理工大学建筑工程学院，昆明 650500）

0 引言

传统建筑结构设计大多是通过增大截面或改变结构体系提高其抗侧力进行抗震，这种方法虽然有效，但也存在许多问题。随着对结构能量吸收与耗散的研究，消能减震技术已较为成熟并被广泛运用，选取粘滞阻尼器可在为结构提供附加阻尼比的同时不附加额外刚度，已在实际工程中得到大量运用［1］。

本文以云南某康复中心为例，采用粘滞阻尼器对结构做出减震设计及分析。

1 工程概况

本工程为云南某康复中心，建筑地上地下共计9层，高42.45 m，建筑平面长为45.6 m、宽为24.9 m，总建筑面积为10 413.03 m2。抗震设防烈度为8度（0.20），设计地震分组为第三组，场地土的类型为中软土，场地类别为III类，场地特征周期为0.65 s，属于重点设防类（乙类）。结构分析模型如图1所示。

图1 结构模型

结构选取现浇框剪结构与减震技术相结合的结构形式，框架与剪力墙均为一级。经过减震设计后，原结构阻尼比将提升，作用于主结构的地震力会因此削减，能控制细部构件的尺寸，使得用钢量明显减少，从而使结构兼具经济性与适用性等特点；同时也改善了结构的固有抗震性能，让其获得更为富余的安全储备，也能达到规范的硬性要求。

2 消能减震方案

2.1 阻尼器的选择

结构选型规范，建筑无特殊薄弱层，选取框架-剪力墙结构虽已具有一定刚度，但建筑为重点设防类——医院，且处于高烈度地区，应该采用减震消能技术进行性能化设计。适宜选取粘滞阻尼器，不仅不会增加额外刚度加剧地震反应，而且还可以提供较大阻尼比，有效改善损伤状况，避免生成新的薄弱层，提高整体结构抗震性能［2］。

2.2 阻尼器的布置及参数

在充分保证建筑功能及使用效果的情况下，按照《建筑消能减震技术规程》（JGJ 297—2013）［3］和《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）［4］的具体要求，在原有结构中布置46个阻尼器，其中1~2层每层布置8个，3~7层每层布置6个。阻尼器平面布置如图2、图3所示。

图2 1~2层减震器平面布置

图3 3~7层减震器平面布置

粘滞阻尼器的阻尼力按式（1）计算：

式中，C为阻尼系数；V为阻尼器变形速率；a为阻尼指数。

为充分发挥建筑性能，本工程选取悬臂墙式粘滞阻尼器，阻尼器参数如表1所示，安装形式如图4所示。

图4 阻尼器安装形式

表1 粘滞流体阻尼器参数

3 结构的抗震性能分析

3.1 抗震设防目标

依托阻尼器优秀的耗能效果，能让消能减震结构在保证不调整结构设计及选型的条件下，相比传统框架-剪力墙结构能拥有更好的抗震表现，减震目标如表2所示。

表2 结构减震目标 单位：rad-1

3.2 地震波的选取

本工程根据规范规定，考虑了结构所处地区的地震设计分组与场地类别，采用5条实际强震波和2条人工波进行分析。比较了反应谱法与时程分析计算所得结构底部剪力，对比结果如表3所示。由表可知，计算结果符合规范规定，表明所选地震波是合理准确的。

表3 结构底部剪力对比

3.3 有限元模型验证

对YJK与SAP2000软件所建的无阻尼器模型求得的质量、前3阶周期和振型分解反应谱法下的层间剪力进行对比，保证结构模型无较大偏差，如表4所示。通过表4对比可得YJK与SAP2000模型差值，不难看出，两种模型在结构质量、周期、各层剪力方面计算结果相近，因此选择通过YJK建模并对结构展开弹性分析的研究方式可行，能获得结构的固有特征。

表4 YJK模型与SAP2000模型对比

3.4 弹性时程分析

应用YJK软件创建结构模型，并对结构进行计算，比较原有结构和消能减震结构的剪力及位移角，各向对比如图5—图8所示。结构布置消能构件后，减震结构相比原结构X向、Y向层间剪力分别减小了27.03%、32.28%；减震结构相比原结构X向、Y向层间位移角分别减小了37.63%、42.56%，说明此减震设计是合理的，同时对结构性能改善明显，拥有更好的抗震表现。

图5 减震前后X向层间剪力对比

图8 减震前后Y向层间位移角对比

图6 减震前后Y向层间剪力对比

图7 减震前后X向层间位移角对比

3.4.1 附加阻尼比分析

根据《建筑抗震设计规范》，消能部件附加有效阻尼比可按式（2）确定，结果如表5所示。

表5 附加阻尼比 单位：%

式中，a为结构的附加有效阻尼比；Wcj为第j个消能部件在结构预期层间位移下往复循环1周所消耗的能量；Ws为设置消能部件的结构在预期位移下的总应变能。

3.5 弹塑性时程分析

按照规范需对7条地震波进行调整，调整后的峰值加速度为400 cm/s2，采取与弹性时程分析相同的地震波，每条波的基底剪力均满足在反应谱65%~135%，且针对7条波取平均值，满足规范要求。

结构在罕遇地震下各层层间位移角如表6、表7所示，可以看出，采用减震消能技术的结构较原结构抗震性能提升明显，安全储备富余，粘滞阻尼器在大震作用下具有较好的减震能力。

表6 大震下非减震结构层间平均位移角 单位：rad-1

表7 大震下减震结构层间平均位移角 单位：rad-1

阻尼器在大震下滞回曲线如图9所示，可以看出，阻尼器滞回曲线饱满，耗能能力优秀，可为原结构提供安全保障。

图9 阻尼器滞回曲线

4 结论

本工程为结构平面不规则、竖向规则的建筑，针对本工程结构特点以及地形的特殊情况，采用YJK和SAP2000进行相应的消能减震设计分析，得到以下结论：

1）通过合理布置粘滞阻尼器可使高烈度地区的框剪结构满足抗震设防要求。

2）滞阻尼器在X向和Y向结构获得的附加阻尼比分别为12.54%、14.18%，可达到相关结构的减震规定。

3）小震、大震下消能减震结构最大层间位移角分别满足规范要求的1/880、1/170，较原结构也有明显减小。