消能减震技术在高层框支剪力墙结构中的应用研究

高层框支剪力墙结构在高层结构得到广泛应用,但由于该结构属于竖向抗侧力构件不连续的结构体系,容易出现结构薄弱层及抗震性能不足等问题。因此,为了更好地研究高层框支剪力墙的抗震性能与实际应用,本文将消能减震技术应用到高层框支剪力墙结构中,结合工程实例运用有限元分析软件ETABS建立了一幢23层粘滞阻尼器(VFD)和屈曲约束支撑(BRB)消能减震结构计算模型,对两种模型进行多遇地震作用下的时程分析,并选择模型主要控制参数:楼层位移、楼层剪力、能量耗散等进行对比分析,研究结果表明:布置BRB时,楼层位移变形控制效果较好;布置VFD时,对结构的基底剪力控制效果较好;BRB的整体地震耗能能力大于VFD。     

既有建筑剪力墙竖向不连续结构的加固方法

历次震害表明,楼层侧向刚度突变的结构非常不利于抗震。本文针对剪力墙竖向不连续的结构,提出在剪力墙上开洞的加固方法,并结合实际工程进行了反应谱分析及动力弹塑性分析。分析结果表明,该方法能有效降低楼层的刚度突变,减小地震作用力,满足抗震加固要求。     

某竖向不规则结构设计方案对比分析

某高层框架-剪力墙结构为竖向不规则结构,结构总高度67m,地上13层.设计时提出了两个方案,并对两个方案的整体抗震性能进行了分析和对比.方案一为减小11～13层剪力墙、框架柱截面,减少剪力墙数量,10层侧向刚度比满足规范要求;方案二为保持11～13层框架柱截面不变,减小剪力墙截面和数量,10层侧向刚度比不满足规范要求.采用SATWE和SAUSAGE软件对这两个方案分别进行了小震弹性分析和大震动力弹塑性分析.结果表明,方案一的楼层受剪承载力和层间位移角在10层存在突变,11～13层为薄弱楼层,鞭梢效应明显;方案二的楼层受剪承载力和层间位移角在10层无突变,无薄弱楼层,其整体抗震性能优于方案一;工程设计应采用方案二,抗震设计不应片面地消除不规则项,而应使结构的整体抗震性能更优.     

高位转换隔震与耗能减震结构体系分析研究

为了解决高位转换结构体系中转换层构件、转换层上一层剪力墙和基底剪力墙内力过大的问题,提出了高位转换隔震与耗能减震结构体系,介绍了其构造、特点,对新型结构体系工作机理进行了分析,采用ETABS软件和PERFORM 3D软件对高位转换框剪结构(NC)、高位转换层间隔震框剪结构(IS)和高位转换隔震与耗能减震框剪结构(IS+SLD+VD和IS+×+VD)进行了多遇地震和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,分析结果表明:①采用高位转换隔震与耗能减震结构体系后,结构层间位移角、转换层框支柱剪力、转换层上一层剪力墙和基底剪力墙内力均明显减小;②IS+SLD+VD和IS+×+VD工况中结构层间位移不会产生明显的突变,避免新薄弱层的出现;③IS+SLD+VD工况在其他参数控制效果与IS和IS+×+VD工况基本相同的情况下,其隔震层间位移明显减小,提高结构抗倾覆性能,高位转换隔震与耗能减震结构体系宜优先采用IS+SLD+VD方案;④按现行规范设计高位转换隔震与耗能减震结构体系,结构偏于更安全。     

某框架-剪力墙结构速度型与位移型阻尼墙减震对比分析

对一座形状不规则的、纵向刚度递减的框架-剪力墙结构采用黏滞阻尼墙和软钢阻尼墙两种减震方案进行减震效果对比分析。对未减震结构、设置黏滞阻尼墙减震结构和软钢阻尼墙减震结构进行7条地震波激励下的动力响应对比分析,结果表明,两种减震方案均能有效降低结构位移响应,位移减震效果两者均达到40%,楼层层间剪力结果表明设置黏滞阻尼墙减震效果达到35.68%,而软钢阻尼墙的层间剪力与未减震结构结果一致。以上结果说明框架-剪力墙结构尽管楼层位移较小,但黏滞阻尼墙由速度耗能给结构附加较多阻尼而减小地震力。软钢阻尼墙为位移型,由于楼层层间位移较小无法提供较大的耗能能力从而未能达到较好减震效果。     

竖向不规则性对隔震结构的影响

结构竖向不规则性对抗震不利,但目前对这类结构采取隔震措施后的减震效果、薄弱层等问题尚无研究。本文将竖向不规则隔震结构分为质量分布不规则和刚度分布不规则两类。在小震下用弹性时程分析,讨论了层质量、层刚度变化对隔震结构的层剪力分布模式和减震系数等参数的影响。在大震下通过弹塑性时程分析,研究了竖向不规则隔震结构的薄弱层情况。结果发现:竖向不规则结构采取隔震措施后,层剪力分布比不隔震时要均匀,弹塑性层间位移角也会明显减小,说明用隔震可改善竖向不规则结构的抗震性能。但质量、刚度分布的不规则程度和刚度突变层位置都会影响隔震结构的减震效果,且第1层、质量或刚度突变层及相邻层会出现较大的层剪力比或可能成为薄弱层,设计时应适当予以加强。     

BRB+VD消能减震结构体系分析研究

介绍了屈曲约束支撑(BRB)+黏滞阻尼器(VD)结构体系的减震原理,研究了体系的周期合理限值、体系的层间位移角限值,并提出BRB的逐步布置方法。以一实际工程为例,阐述了BRB+VD体系的实现过程,对比了BRB+VD,BRB,VD三种结构体系的减震效果,验证了BRB+VD结构体系的优越性。结果表明,提出的逐步布置方法能有效布置BRB,布置屈曲约束支撑和黏滞阻尼器的BRB+VD结构体系能明显提高结构的抗震性能,是高烈度地区复杂框架的合理消能体系。     

高层建筑楼层侧向刚度变化控制准则的研究

从匀质构件在倒三角形荷载作用下的侧移曲线和位移角出发,提出只要控制以弯曲型变形为主的高层建筑结构在地震作用下的侧移曲线、层间位移角比或楼层侧向刚度比与匀质构件的相应参数接近,结构楼层侧向刚度变化趋于均匀.通过算例论述了目前世界上主要国家的结构抗震设计规范对楼层侧向刚度变化控制的局限性,分别讨论了楼层层高突变、结构部分竖向构件截面突变以及上述两种突变同时出现的情况下,结构楼层侧向刚度以及结构受力特性的变化规律,提出了合理的控制楼层侧向刚度变化准则,该准则可以有效地应用于控制以弯曲型变形为主的高层建筑结构楼层侧向刚度的变化.     

填充墙竖向不规则布置的框架结构抗震性能分析

基于Etabs软件对钢筋混凝土框架填充墙结构进行动力分析,采用振型分解反应谱法从结构周期、楼层最大位移、楼层剪力与侧向刚度以及柱端弯矩等方面分析了地震作用下竖向不规则布置的填充墙对结构抗震性能的影响。结果表明,填充墙的设置提高了结构整体刚度,自振周期减小,其布置形式导致结构位移增大和自振周期减小程度不一,且形成竖向刚度突变的薄弱层,薄弱层层间位移增大,薄弱层越往下结构顶点位移越大;填充墙承担了45%~60%剪力和弯矩,使得柱端弯矩和剪力大幅减小,改善结构受力性能,薄弱层处柱端弯矩和剪力会发生突变,并随薄弱层往下增加值越大。     

关于高层建筑结构侧向刚度计算方法的讨论

对高层建筑结构楼层侧向刚度的计算方法进行讨论,结合工程实例,采用几种现行不同计算方法进行楼层侧向刚度和楼层侧向刚度比对比分析。计算结果表明,对于复杂高层建筑结构,文献[3]的楼层侧向刚度计算方法能较好地反映层高突变、竖向构件截面变化、环桁架层和伸臂层对楼层侧向刚度的影响,因而计算的楼层侧向刚度比能较为准确判断结构的软弱层,可供工程项目设计参考。     

关于高层建筑结构侧向刚度计算方法的讨论

本文对高层建筑结构楼层侧向刚度的计算方法进行讨论,结合工程实例,采用几种现行不同计算方法进行楼层侧向刚度和楼层侧向刚度比对比分析。计算结果表明,对于复杂高层建筑结构,文献~([5])的层侧向刚度计算方法能较好反映层高突变、竖向构件截面变化、环桁架层和伸臂层对楼层侧向刚度的影响,因而计算的层侧刚比能较为准确判断结构的软弱层,可供结构工程师在工程项目设计中参考。     

拱式转换层结构弹塑性地震反应分析

拱式转换层结构是一种新型的转换层结构,具有刚度大、自重小,能跨越较大跨度的特点。为研究拱式转换层结构在罕遇地震作用下的抗震性能,对其进行了弹塑性分析。结果表明:转换层本身的整体性较好,不易发生层间位移;结构的等效侧向刚度比对楼层位移、层间位移角、楼层剪力以及薄弱层位置影响较大。     

梁式与斜柱式转换结构的对比分析

采用SAP2000有限元软件,对梁式转换结构、斜柱式转换结构、梁式与斜柱混合的转换结构进行建模分析,从结构基本动力特性、层间位移、层间位移角、楼层侧向刚度、侧向刚度比、转换层楼板的应力进行对比,得到以下结论:带斜柱的转换结构楼层位移较小、层间位移角突变较小、楼层侧向刚度较大、侧向刚度的比值更符合规范要求、转换层楼板局部有应力集中,需要加强局部构造措施。     

某部分框支剪力墙结构等效刚度比控制分析

转换层下部结构刚度对部分框支剪力墙结构的竖向刚度规则性和地震剪力传递突变程度有较大影响,等效刚度比是衡量转换层下部结构相对刚度的重要设计指标。本文对8度区某部分框支剪力墙结构等效刚度比的控制进行分析讨论。首先,通过转换层下部结构高度线性插值对等效刚度比进行修正,其次,通过调整转换层层高和转换层下部结构剪力墙厚度两种方式,分析不同等效刚度比对结构整体指标、构件受力和结构整体抗震性能的影响。结果表明,等效刚度比越大,转换层与其上一层的层间位移角比和有害层间位移角比越小,等效刚度比小于1.0时,转换层与其上一层的有害位移角比突变增大;设置转换层对转换层以上3层的地震剪力分配产生了较大影响;框支框架的相对刚度比越大,水平力传递突变程度越小;随着等效刚度比增加,结构主要屈服部位由结构底部转移至转换层以上部位。     

层高突变结构的处理办法

针对多高层建筑物结构竖向刚度突变的问题,对高层建筑结构进行了设计分析,得出可通过层高高的楼层增设剪力墙,层高低的楼层减少剪力墙或减小柱断面调节竖向刚度的结论。     

带架空层框架阻尼填充墙结构抗震性能研究

为研究阻尼填充墙在带架空层框架结构中的减震效果,设计架空层位置不同的3栋阻尼填充墙框架结构及相应的带架空层普通填充墙框架结构,采用PERFORM-3D对其进行了罕遇地震下的弹塑性时程分析。分析结果表明:阻尼填充墙对结构的刚度效应小,其在结构中沿竖向不连续布置所引起的上下相邻楼层刚度突变不明显;阻尼填充墙在底层、中间层或顶层架空框架结构均可发挥较好的减震效果,能有效解决楼层架空造成结构在地震中发生薄弱层破坏的问题;阻尼填充墙可耗散输入结构的部分地震能量,减轻结构构件在地震中的破坏,起到保护主体结构的作用。     

某超高层结构的不同减震方案对比分析

以某超高层建筑为例,分别对仅设置屈曲约束支撑,仅设置粘滞阻尼器和同时设置BRB与粘滞阻尼器的三种消能减震结构体系进行了多遇地震和设防地震下的地震反应分析。结果表明:方案B比方案A和方案C更能有效地减小结构的楼层位移、层间位移角和楼层剪力;方案B的阻尼器消能明显大于方案A和方案C的阻尼器消能;粘滞阻尼器在多遇地震和设防地震作用下均具有饱满的滞回曲线,有效地消耗了地震能量。     

昆明某高层建筑消能减震设计

昆明某高层建筑消能减震结构共布置84个黏滞阻尼器,阻尼器采用肘接布置形式。针对该消能减震结构的抗震性能,分别采用ETABS和Perform 3D软件对结构在小震和大震作用下的结构响应进行分析,采用两种方法对附加阻尼比进行计算。分析结果表明:消能减震结构的楼层剪力、楼层弯矩、楼层位移及层间位移角均减小20%以上,具有良好的减震效果。小震作用下,结构各响应均满足规范限值要求,附加阻尼比满足设计4%要求,能够达到"小震不坏"的设计目标。大震作用下,结构层间位移角满足规范限值要求,基底剪力和顶层位移变化稳定,屈服过程总体上符合连梁、框架梁、剪力墙和框架柱依次屈服的机制,能够达到"大震不倒"的设计目标。本工程主体结构抗震构造措施不应降低。肘接式支撑放大了阻尼器的变形,增加了阻尼器耗能效率,小震作用下阻尼器位移是层间位移的2.43倍,大震作用下阻尼器位移是层间位移的1.74倍。     

钢框架减震结构性能提升设计与分析

为研究黏滞阻尼器对钢框架结构抗震性能的提升水平，以1栋5层钢框架结构为研究对象，采用黏滞阻尼器对结构进行性能提升设计，对比结构在减震前后的关键结构响应(层间位移角、楼层加速度、楼层剪力等)，分析了结构的损伤状况。结果表明采用黏滞阻尼器能够很好的控制结构的损伤，减小结构的层间位移角、楼层加速度、楼层剪力。采用减震技术后，结构在大震下最大层间位移角得到较好的控制，塑性铰明显减少。除屋面层以外，结构各层的加速度均未超过4m/s²。阻尼器分担了较多的地震作用，大震下结构基底剪力明显减小。减震设计较好的提升了结构的抗震韧性，文中的研究可为钢框架减震结构设计提供参考。     

带屈曲约束支撑框剪结构的减震研究

以位于8度抗震设防地区的某框架剪力墙结构为研究对象,采用屈曲约束制成对其进行减震控制设计,基于ETABS有限元分析软件,在多遇和罕遇地震作用下对该框架剪力墙结构的楼层剪力、层间位移角、(框架内力等动力响应开展了无控和有控条件下的震动控制效果对比分析。结果表明:增设屈曲约束支撑后,该框架剪力墙结构的楼层剪力和层间位移角得到有效控制,并使之满足规范1/800和1/100的限值要求,多遇地震作用下层间位移角的减震效果达到27.18%,且设置屈曲约束支撑部位的框架内力亦有效降低;罕遇地震作用下屈曲约束支撑充分发挥了耗能能力,有效改善了结构的抗震性能,并达到预期抗震设计目标。