粘滞阻尼减震框架结构抗震设计方法

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1、粘滞阻尼减震框架结构抗震设计方法魏琏1）王森2）郑久建1）韦承基2）1）中国建筑科学研究院深圳分院2）上海魏琏工程结构设计事务所（深圳部）摘要：本文介绍了粘滞阻尼减震框架结构的抗震设计方法，阐述了减震结构基本原理及其框架结构中的应用，对减震框架结构计算方法与构造措施提出了建议。关键词：减震框架结构、粘滞阻尼、抗震设计、计算方法AbstractThispaperdiscussestheseismicdesignmethodandbasicprincipleofdamper-addedframestructurewithviscousdamping,andpresentssomedesignme

2、thodsanddetailsofdamper-addedframestructure.KeywordsDamper-addedFrameStructure,ViscousDamping,SeismicDesign,DesignMethod一、引言钢筋混凝土和钢框架结构在工程实践中获得了广泛的应用，但在地震区它的适用高度受到了很大限制。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）[1]规定，抗震设防烈度为7度地区框架结构的最大适用高度为55米，《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）[2]规定，抗震设防烈度为7度地区钢框架的最大适用高度为110米，抗震设防烈度为8度时最大适

3、用高度更低。另一方面，工程中有的框架高度虽不高，但刚度不足，周期过长，不能满足地震作用下的变形要求，也需有效的结构解决方法。为了在地震区区扩大框架结构的适用范围，使框架结构具有更优越的抗震性能，并对有些抗震能力不足的已建框架结构进行加固处理，采用粘滞阻尼器对结构减震，从而使结构满足抗震要求的目的是一条新的发展途径。本文论述粘滞阻尼减震框架结构的抗震设计方法，供工程师设计参考应用。二、粘滞阻尼器的滞迴特征1、粘滞阻尼器的滞迴特征用于减震结构的粘滞阻尼器目前是工程中最常使用的阻尼器形式，它在运动过程中发挥大的阻尼，从而大大减弱结构的地震效应。粘滞阻尼的特点是其受力仅与质体运动的速度有关，而与结构

4、的位移无关，即其本身并无位移刚度存在。阻尼力可用公式表示如下[3]：（1）式中是广义阻尼系数；u是阻尼器内的位移，是相应的速度；α为速度指数，其值大致在0.2到1的范围。阻尼力的方向总是和位移的方向相反，从而阻止结构运动，消耗能量。当时，为一常数，其滞迴曲线为矩形。当时阻尼系数记为，阻尼力简化为（2）阻尼器为线性特征。设12（3）由式（2）和（3）可以得到此时阻尼力和位移为椭圆关系。当时表现为非线性，值离开1愈远，非线性程度愈高。图1为当取相同数值、α取不同值（α分别为0、0.3、0.6、1）时的滞迴曲线，α愈小，滞迴曲线愈接近矩形。从图1可明显看出，粘滞阻尼器具有非常优越的耗能能力，尤以α

5、较小时为然。图1值相同、α值不同时的滞迴曲线2、粘滞阻尼器与结构的连接工程实际中，粘滞阻尼器的形式以杆式为主，所以粘滞阻尼器很容易在框架结构中以支撑形式设置。常见的布置形式有对角形、交叉形、“人”字形三种。阻尼器在结构中的布置支撑支撑支撑阻尼器阻尼器阻尼器图2阻尼器在结构中的布置如图2所示。当阻尼器采用对角形或交叉形布置时，地震作用下结构发生侧移振动，对角形或交叉形斜撑伸长或缩短迫使阻尼产生拉伸或压缩，从而产生与结构位移反向的斜向阻尼力；12“人”字形支撑则直接产生与结构位移反向的水平阻尼力，并通过“人”字撑将力传至该层下角部。三、减震框架结构的抗震设防目标对于减震结构，新规范对其抗震设防目

6、标只有如下的原则规定：“采用隔震或消能减震设计的建筑，当遭遇到本地区的多遇地震影响、抗震设防烈度地震影响和罕遇地震影响时，其抗震设防目标应高于本规范第1.0.1条的规定[4]。”这里明确了消能减震建筑的抗震设防目标应高于一般依靠自身强度及变形能力（延性）来抗御地震的建筑的抗震设防目标，但未具体明确不同情况下消能减震结构的抗震设防目标。因而，要依据这一规定来进行抗震设计尚有困难。根据对消能减震结构减震能力的系列研究[5][6][7][8]、考虑不同工程情况可能的不同要求以及工程实践经验并参考传统建筑的抗震设防目标的要求，为了促进消能减震结构抗震设计技术的进步与在工程中的实施，文献[6]提出减震

7、结构的抗震设防目标可具体化为如下A、B、C三类。（1）A目标抗震设防目标与现行建筑抗震设计规范规定的传统结构抗震设防目标相同。这个设防目标要求“小震不坏，中震可修，大震不倒”。由于不同原因导致结构在多遇地震下尚不能满足规范要求、或需采取明显不合理的过分加强措施才能满足规范要求、以及既有建筑抗震加固要求设防目标与传统结构抗震设防目标一致时，结构可设计成这类设防目标的减震结构。（2）B目标当遭受相当于本地区抗震设