黏滞阻尼技术在某超高层结构设计中的应用研究.pdf

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1、第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年黏滞阻尼技术在某超高层结构设计中的应用研究112丁洁民，吴宏磊，吴雨岑（1.同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海，200092；同济大学建筑工程系，上海，200092）摘要：在框架-核心筒超高层结构体系中，加强层可显著提高结构抗侧刚度、减小结构侧移，但亦会带来结构刚度、内力突变等不利影响。本文以山西省晋中市汇通大厦为工程背景，在结构选型中进行了黏滞阻尼伸臂体系与传统刚性加强层体系的地震响应对比分析，并对黏滞阻尼伸臂结构进行了弹塑性时程分析。结果表明：带阻尼伸臂结构与刚性加强层结

2、构相比，在地震作用下结构的地震响应小，表现出明显的耗能优势；在多遇地震作用下，带阻尼伸臂结构的地震响应相比于刚性加强层结构大大降低，带来的附加阻尼比达到3.2%；在罕遇地震作用下，关键构件均满足抗震性能化设计要求，结构关键构件进入塑性的程度均小于刚性加强层结构方案，结构的安全度更高。关键词：黏滞阻尼器；伸臂桁架；附加阻尼比1.引言对于250m左右超高层建筑结构设计中，常采用框架-核心筒结构体系。传统的框架-核心筒结构体系存在侧向刚度不足、核心筒受力偏大的缺陷，未能充分发挥外框架抵抗侧向力的作用。通过设置抗弯和抗剪刚度较大的伸臂桁架和

3、环带桁架加强层，连接核心筒和外框架，可利用周边柱的轴向刚度来提高结构的抗侧刚度，减小结构侧移，同时减小底部墙肢的拉力。但是设置伸臂桁架和环带桁架会增大结构刚度，导致地震作用增大，同时带来结构加强层附近内力、刚度突变等不利影响。SmithR.Willford在菲律宾圣弗朗西斯科香格里拉塔工程中，将黏滞阻尼器设置在超高层加强层[1]中，研究了黏滞阻尼器的抗风作用。通过设置黏滞阻尼器，可以明显减小结构在风荷载下的响应。文献[2-3]通过研究黏滞阻尼器在超高层结构加强层中抗震方面的应用，表明在超高层结构的加强层中设置黏滞阻尼器可以有效的减小

4、结构在地震作用下的响应。本文将黏滞阻尼伸臂体系应用于山西省晋中市汇通大厦中，进行结构比选以及弹性和弹塑性分析工作，进一步验证了阻尼伸臂体系用于抗震设计的合理性。2.工程概况汇通大厦位于山西省晋中市，由超高层塔楼和北侧商业裙房组成，主要功能为办公、酒店和精品商业。总建筑面积18.5万平方米。地上通过设缝将超高层塔楼与裙房分割开。塔楼平面轴线尺寸40.0m×41.2m，周边共十六根框架柱，每侧5根。框架柱平均柱距约10m；核心筒居中布置，平面尺寸20.2m×21.9m。整个塔楼建筑平面、立面布置规则。塔楼主体结构地上45层（分别在10F

5、，18F，27F，37F设置避难层/设备层），结构总高度220.4m。办公层层高4.3m，酒店层层高3.9m，设备层层高5.6m。抗震设防烈度为8度(0.20g)，场地类别III类，设计地震分组第一组。结构体系采用型钢混凝土框架-核心筒结合加强层为主要抗侧体系的钢-混凝土组合结构。结构效果图、平立面布置如图1。丁洁民，1957年9月，男，工学博士，同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司总裁第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年图1.结构效果图及平立面布置图3.结构体系选型3.1结构方案说明对以下两种方案进行比选（图2）：(

6、1)刚性方案：型钢混凝土外框架+钢筋混凝土核心筒+伸臂桁架和环带桁架(10F、27F)混合结构体系；(2)阻尼方案：型钢混凝土外框架+钢筋混凝土核心筒+阻尼消能伸臂桁架(27F)混合结构体系。其中，黏滞阻尼器是一种速度相关型耗能构件，采用Maxwell模型进行模拟。阻尼器的布置形式如图3所示。+++塔楼整体核心筒外框架加强层a)刚性方案-抗侧力体系构成图+++图3.黏滞阻尼器在伸臂桁架上的布置形式塔楼整体核心筒外框架加强层b)阻尼方案-抗侧力体系构成图图2结构抗侧力体系示意图第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年3.2主要

7、分析结果图4~7列出了刚性方案和阻尼方案的周期、基底剪力、层间倾覆力矩以及层间位移角对比图。X向层剪力Y向层剪力5050454540406.0035355.0030304.002525刚性方案20203.00周期阻尼方案15152.00刚性方案刚性方案1010阻尼方案1.00阻尼方案550.0000010000200003000040000010000200003000040000123阶数456图4周期对比图5层剪力对比（7条时程波平均值）X向层倾覆力矩Y向层倾覆力矩X向层间位移角Y向层间位移角505050504545454540

8、404040刚性方案刚性方案35353535阻尼方案阻尼方案刚性方案刚性方案30303030阻尼方案阻尼方案252525252020202015151515101010105555000001000000200000030000004