建筑结构中消能减震关键设计技术探讨

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1、建筑结构中消能减震关键设计技术探讨　　上海现代建筑设计(集团)有限公司:高承勇总工程师高承勇：各位朋友，大家下午好！针对消能减震这个设计方法进行了某些思考，所以提出来跟大家探讨一下。我下面想从四个方面跟大家做一个介绍。　　现阶段我们国家的抗震理论来看一个是承载力方面，第二个是位移设计，是随着人们对抗震的认识、深入发展而起来的。位移为主要设计参数的设计方法，目前基于性能的设计主要还是基于位移的设计。第三个是能量设计。结构的抗震能力是结构抗震性能的重要指标。大家知道由于结构在强震的作用下产生了屈服，进入一次性变形的阶段，结构的刚度、制震周期都会发生变化，结构的变化并不取决于顺

2、时的地震作用，地震的变形能力和耗能能力的不足才是在强震作用下倒塌的原因。　　所以能量设计的方法主要是想通过构件的抗震能力来达到抗震的目的。位移设计和能量设计常用的措施有这么几个：主要是合理的选取结构形式、优化布置结构构件、有效控制结构构件的性能，设置抗震多道防线，包括了布置抗能构件，提高结构抗震能力的主要措施，包括合理的结构体系选择，耗能机制的指定，后面红色的都跟我们消能减震有直接的关系。　　位移和能量演变的设计思想，主要是遭遇小震的由主体结构发挥作用，部分的耗能装置或者是构件可能发挥作用，但是要视具体情况而定，保证结构的正常使用。遭遇较大地震的时候耗能元件发挥作用，增加

3、结构的耗能能力，隔震、改变结构特性以减少地震输入等，来保证主体结构的安全和功能性。优点是设计概念明确、结构体系层次清晰，提高了设计的可靠性，通过耗能元件高效耗能，增强了主体结构对地震动的性能。　　这是整个一个设计思想。通过实验表明耗能可以做到消能地震能量的90%以上，常用的消能减震优化设计的措施是主动控制、被动控制的耗能能量，基础隔震结构一体化设计。　　第二部分我想讲一下阻尼器耗能的原理和设计流程。耗能减震的原理主要是通过耗能构件来消耗地震作用的能量，来减轻振动。从能量的观点来讲，如果地震输入是一定的话，耗能构件的性能提高，那结构的耗能能力就降低，就会减少，从动力学的观点

4、来讲，跟耗能相比的作用相对于耗能阻力的提高，可以使得结构的地震反应减少。耗能结构地震反应的分析我们现在采用的是非线性的分析方法。可以通过下面的公式来计算。阻尼比超过20%的时候，用常用的地震分析可能会引起较大的地震误差。　　阻尼器大致上分为两种，一种是与速度相关的粘弹性阻尼器，还有一种是以摩擦或者是金属屈服为特征的位移相关性阻尼器。阻尼器的安装部位大致上有这几种：一种是安装在支撑处，另外一组安装在梁柱连接处，或者是剪力墙的连接处，再或者是框架与剪力墙的连接处。这是几种常用的耗能软件。　　耗能支撑有几种形式，一种是交叉型的耗能阻尼器，还有一种摩擦耗能支撑，还有耗能偏心支撑，

5、耗能偶撑。　　这里有一张关于阻尼器运用的列表对比，由于时间关系我想不在这里做详细的介绍了。　　接下来我想讲一下耗能结构设计的基本流程。和传统的抗震结构相比，耗能结构的设计既有相同的地方，也有独特的一面，耗能减震结构的设计主要包括两部分的内容。首先是耗能减震装置的设计，其次还有数值计算校核阶段。　　现在常用的分析软件大致上有这么几种，一个是Linear，还有SAPXX，关键是要进行模拟。　　接下来我介绍几个应用的案例。一个是上海古北的高层办公楼，从这个办公楼的平面图中可以看出核心层是偏的，所以抗震性不是很好。通过这个阻尼器来解决问题。这幢楼15层高。我们在这里布置的是约束支

6、撑，为了说明它的效果，我们把它做了两种，一种是把设置做了一些比较，设置支撑，还有一种是普通的支撑。从这个比较来看它的位移结构减少，另外它的性能也比较好。　　这里做了一些经济性的对比。我们可以通过对比来发觉，在地震作用大的时候确实支撑的耗能能力比较明显，与普通的钢支撑结构相比来看，效果比较明显。因此它不仅会提高结构的抗震性能，还因此带来工程造价和工程修复费用也会降低，应该说会有客观的经济效益。　　第二个工程是某医院的干部保健楼。这幢楼在结构方案时候做了4种方案比较。第一种方案是普通的钢框架支撑结构方案。第二种方案是钢框架加上消能支撑结构。第三个方案是框架剪力墙结构，第四种是

7、组合结构的方案。对这四种结构方案进行了一个比较，从这个比较当中可以看出，方案二的结构是相对合理的，方案一材料的消耗量较大，经济性相对来说较差，方案三在中震的时候，大量构件的截面加大的可能性没有，而且材料消耗很大。第四个方案中震材料的消耗量过大。所以最后选择了第二种方案。这个是阻尼器的布置平面位置，还有安装的示意图。　　从这个工程来看，后来经过方案比较以后又做了一些修改，主要是考虑到这个结构首层的层高比较高，经过优化，首层采用了普通的钢结构，上面大部分采用了带阻尼器的效应支撑。　　接下来另外一个工程案例是上海的世贸国际广场，它的