高位转换隔震与耗能减震结构体系探析

随着城市化建设的进程加快,城市建设用地的规模不断扩大。在城市人口的快速增长、经济建设和各项事业的快速发展下,城市建设对用地的需求也不断的增加。为了满足城市建设中各方面的需求,建设带有高位转换结构的建筑被提上了日程。在高位转换结构的建筑上,在转换层以下楼层中剪力墙落地较少,转换层的上下楼层刚度变化比较大,易产生薄弱层,是一种极不利于抗震的建筑结构形式,但因建筑功能的需要,一些大、中城市建设了许多这类高层建筑,并且许多学者对该种结构体系的抗震性能及如何解决该体系存在的根本性抗震问题进行了研究和探讨。本文主要对高位转换隔震与耗能减震结构体系进行深入的探析,通过高位转换结构建筑遇到的问题,提出建立高位转换隔震与耗能减震结构体系的重要性,为之后的高层建筑提供可靠合理的技术保证。     

高层建筑耗能减震新体系概念与实现

本文在分析几种高层建筑结构体系抗震性能不足的基础上,给合当今耗能减震技术的发展,提出了高位转换耗能减震结构体系、带耗能减震层高层结构体系、巨型框架-耗能减震结构体系和天连耗能减震结构体系等几种高层建筑耗能减震结构新体系,并总结了这些耗能减震结构新体系的初步分析研究结果。研究结果表明:这几种新体系能明显改善结构的抗震性能,与传统抗震结构相比具有很好的优越性。最后,提出了这些新体系在实际工程中应用应解决的一些问题。     

高位转换耗能减震框剪结构拟静力分析

结合高位转换结构体系已有的拟静力试验结果,开展高位转换耗能减震框剪结构体系拟静力分析研究,了解高位转换耗能减震框剪结构布置位移耗能减震装置对结构刚度、位移和延性变化情况,确定高位转换耗能减震框剪结构体系延性系数可能存在的范围。研究结果表明:高位转换耗能减震框剪结构体系在拟静力作用时的滞回曲线饱满,具有较大的耗能能力;高位转换耗能减震框剪结构体系相比于普通高位转换结构体系,其承载力能得到提高;高位转换耗能减震框剪结构的延性随着阻尼器初始刚度、屈服力和屈服后刚度比变化不是十分敏感;采用高位转换耗能减震框剪结构能够提高结构的耗能能力;高位转换耗能减震框剪结构体系的延性能够得到提高;高位转换耗能减震结构体系框剪结构的延性和耗能能力随着阻尼器初始刚度的增加而减小。     

高位转换耗能减振结构静力弹塑性分析

确定结构等效阻尼比是对高位转换耗能减振结构进行静力弹塑性分析时的关键问题.结合通用分析软件SAP2000/ETABS,对结构中加入的位移相关型耗能减振装置的力学模型(Bouc-Wen模型)进行分析,给出耗能减振装置采用该模型模拟时的能量计算公式.在此基础上,结合耗能减振结构的现有研究成果,推导出位移相关型耗能减振装置采用Bouc-Wen模型模拟时结构等效阻尼比计算公式.最后,对某高位转换耗能减振结构算例进行静力弹塑性分析,分析结果表明:计算高位转换耗能减振结构的等效阻尼比是可行的,采用高位转换耗能减振结构体系能很好的改善原高位转换结构的抗震性能.     

高位转换消能减震结构振动台试验研究

某超限高层建筑采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构,存在高位转换层,其楼板平面开洞尺寸过大,造成楼板平面刚度不连续。弹性分析时,楼层竖向构件最大水平位移与楼层水平位移平均值之比为1.31,属结构扭转不规则,为此结构设计采用了软钢阻尼器来提供附加刚度及阻尼。为研究该高层建筑结构抗震性能,进行了1∶20缩尺模型的振动台试验,获得了模型结构的动力特性及在地震作用下的动力反应,分析了原型结构的地震反应。试验及分析结果表明,该结构满足现行建筑抗震设计规范的抗震设防要求;阻尼器减小了结构的扭转反应,对加速度反应起到了一定的减小作用;转换层上刚度变化较大,应逐步减缓刚度变化,改善相邻楼层的延性;出屋面层的鞭梢效应严重,应重视出屋面层的抗震设计。     

阻尼器在耗能减震结构中的应用

随着建筑抗震技术的发展以及对抗震机理的深入认识,耗能减震成为了抗震技术的一个发展趋势,而耗能减震结构体系的实现主要依赖于研制出简便实用的耗能减震装置——阻尼器。本文从传统抗震方法与现代抗震理论的对比分析了现代抗震技术的优势,对阻尼器在耗能减震结构中的研究与应用进行了综述,包括耗能减震体系的特点;主要的几种阻尼器的耗能原理、构造及应用情况;提出了耗能减震技术在未来发展应用中需要探索的若干问题。     

带耗能腋撑型钢混凝土转换结构减震性能分析

为了解决底部大空间结构上刚下柔,底部框支层变形大的问题,在不影响建筑使用空间的前提下,本文提出在柔性底层设置耗能腋撑以改善转换结构抗震性能。以带梁式转换层的型钢混凝土框架结构为研究对象,利用大型通用有限元程序ETABS对型钢混凝土转换结构及带耗能腋撑型钢混凝土转换结构进行地震反应对比分析,研究耗能器类型与场地土类型对耗能腋撑工作性能和转换结构受力性能的影响作用。研究表明,粘滞型耗能腋撑对本文算例的层间位移角与层间剪力的最大值减幅均可达到36%左右,结构顶层加速度与基底剪力的峰值最大减幅分别为29%和56%;而粘弹型耗能腋撑仅对转换层处有一定减震作用,控制效果不理想;软弱场地与坚硬场地上带耗能腋撑转换结构的减震位移比分别介于0.80～0.90和0.65～0.85之间,耗能腋撑对坚硬场地上转换结构的减震效果较佳。     

某框架结构摩擦耗能的减震性能研究

文章以河南安阳某六层框架宿舍楼为例,利用SAP2000有限元软件,分析对比了无摩擦耗能支撑的普通结构与加设耗能支撑的减震结构在地震作用下的层间位移角、基底剪力以及耗能能力。分析结果表明,在地震作用下,与普通框架结构相比,布置防屈曲耗能支撑的框架结构抗震性能更佳,为推广防屈曲耗能支撑在高烈度地区的应用提供理论依据。     

基于摩擦耗能减震的结构控制研究与应用

总结了国内外摩擦耗能减震技术研究的历史,重点介绍了摩擦耗能减震技术研究的现状和工程应用最新进展,探讨今后的发展方向,并提出了值得进一步研究的若干问题。     

结构的耗能减震与防屈曲支撑

防屈曲支撑作为一种新型的耗能减震构件,改进了普通支撑易受压屈曲的缺点,地震时有很好的耗能能力和延性。它与框架共同组成双重抗侧力体系,目前在美国和日本有日益广泛的应用趋势,在我国个别工程中也开始使用。结合介绍这种支撑构件及支撑框架的研究和应用现状,分析了防屈曲支撑的构造和受力机理,探讨了它的应用前景。     

高位转换短肢剪力墙结构的抗震设计

对现阶段短肢剪力墙结构抗震设计方法的研究现状进行了总结。结合工程设计实例分析,阐明了底部大空间裙楼设计、转换层设计、短肢剪力墙的抗震设计要点,提出了短肢剪力墙连梁的设计方法和加强抗震构造措施的必要性,探讨了设计中采用消能减震设计的可行性。     

基于空腔楼盖的新型耗能减震装置参数优化

对一种基于空腔楼板的新型耗能减震装置的参数优化问题进行了探讨;对基于拉格朗日变分原理推导出的装有该装置的受控结构非线性运动方程进行统计线性化处理,以结构的水平位移方差最小化为优化准则,应用定点理论方法对该装置的参数优化问题展开研究;利用蒙特卡洛模拟方法对不同情况下受控结构的减震效果进行对比分析,验证了该方法的有效性。结果表明:采用所提方法能有效进行耗能减震装置的参数优化设计,为该装置的推广应用提供依据。     

浅谈消能减震技术在工程结构抗震加固中的应用

文章主要论述了消能减震技术在现代工程结构抗震加固中的应用,并通过算例介绍了减震结构的振型分解反应谱分析方法,供工程设计人员参考.     

建筑加(插)层改造工程中的隔震消能体系

对建筑加(插)层改造的结构措施,传统的方法是增大截面、外包钢构架等.新增层的梁柱与原结构梁柱一般为刚性连接,连接处还要求保证结构抗震性能的构造措施到位.这些方法在施工工艺和达到期望的效果等方面都存在一定的困难,如柱的外包竖向钢筋、钢构架穿越楼板或穿越大梁,施工过程中都要造成原主体结构的部分损伤.文中探讨一种新的隔震消能结构体系,不将加(插)层部分与原结构直接刚接,而是通过滑移支座及粘滞阻尼器将两者连接起来,这样,在地震作用下,加(插)层部分可以发生相对于原主体结构的运动,从而起到隔震和消能作用,减小结构的地震反应.同时也对原主体构架增设消能装置,以减少结构整体所受的地震作用.文中通过一个工程实例,来说明该隔震消能结构体系的减震作用.     

消能减震结构的试算设计方法

在结构中如何确定阻尼器位置及相关参数是消能减震结构设计的关键问题.本文在仔细分析阻尼器参数特性的基础上,结合"择层设计"思想,提出了一种设置阻尼器消能减震的试算设计方法.如对于粘滞阻尼器,采用该方法可以快速确定阻尼器的位置、个数、粘滞阻尼系数和速度指数.计算实例表明,该方法简便有效,容易掌握.