超高层建筑基于性能的组合消能减震结构设计及其应用

组合消能减震是在结构中组合应用速度型阻尼器和位移型阻尼器,地震作用下参与结构耗能,降低结构地震响应。基于性能的组合消能减震设计是从性能化设计理念出发,通过调整消能减震装置在结构中的布置位置和力学特性参数,在不同水准地震作用下分阶段发挥各阻尼器的作用,满足结构受力变形要求,提高结构抗震性能。以云南省昆明市一超高层建筑为工程背景,在结构中同时布置了速度型阻尼器和位移型阻尼器,研究了不同类型减震装置在结构中的较优布置位置,结果表明：本工程采用组合消能减震技术后,在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下,各类减震装置均能充分参与结构耗能,相比传统抗震结构,其地震响应和构件损伤可得到更好的控制,整体结构能够满足预期抗震性能目标要求。     

振动控制及减隔震技术的发展与应用

大跨和高层建筑结构设计考虑的重点是地震作用和风荷载,其要点为设计出能够承受地震动及风致振动效应的结构体系,而振动控制和减隔震技术是建筑结构抵抗地震作用和风载、减小振动响应的有效途径。简要概括了建筑结构抗震设计方法的发展历程,重点介绍了几种阻尼器的基本工作原理及其特点。详细分析了国内重大结构工程中选用不同阻尼器进行抗风减震的典型案例,如云南省林科院办公大楼抗震加固工程、上海中心大厦新型阻尼器,为今后需要采用抗风减震技术的结构工程提供宝贵经验。     

超高层建筑基于性能的组合消能减震结构设计及其应用

组合消能减震是在结构中组合应用速度型阻尼器和位移型阻尼器,地震作用下参与结构耗能,降低结构地震响应。基于性能的组合消能减震设计是从性能化设计理念出发,通过调整消能减震装置在结构中的布置位置和力学特性参数,在不同水准地震作用下分阶段发挥各阻尼器的作用,满足结构受力变形要求,提高结构抗震性能。以云南省昆明市一超高层建筑为工程背景,在结构中同时布置了速度型阻尼器和位移型阻尼器,研究了不同类型减震装置在结构中的较优布置位置,结果表明:本工程采用组合消能减震技术后,在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下,各类减震装置均能充分参与结构耗能,相比传统抗震结构,其地震响应和构件损伤可得到更好的控制,整体结构能够满足预期抗震性能目标要求。     

中国(大陆)耗能减震技术理论研究、应用的回顾与前瞻

本文回顾总结了我国（大陆）近三十年来耗能减震技术理论和方法的研究与应用进展，主要包括耗能减震装置的类型与性能、耗能减震结构的性态特征、耗能减震结构抗震、抗风分析与设计方法、耗能减震技术的工程应用及耗能减震技术标准等内容，分析了我国（大陆）耗能减震技术研究与应用中存在的问题，提出了发展耗能减震技术迫切需要解决的若干问题。     

浅谈黏滞流体阻尼器减震方案及工程应用

以黏滞流体阻尼器为例,结合云南省某教学楼项目,根据减震目标、阻尼器的位置、阻尼器的尺寸、阻尼器的性能和地方标准等方面确定黏滞流体阻尼器的减震方案。该教学楼采用混凝土框架结构,结构纵横向布置黏滞流体阻尼器。采用考虑附加阻尼比的结构模型(PKPM)和弹簧模型(MIDAS/GEN)对结构在多遇地震作用下的响应进行分析,采用弹簧模型(MIDAS/GEN)对结构在罕遇地震作用下的结构响应进行分析。分析结果表明:1)综合考虑减震目标、阻尼器的位置、阻尼器的尺寸、阻尼器的性能和地方标准等方面确定黏滞流体阻尼器的减震方案是合理的;2)该减震方案可以满足结构在多遇地震作用下和罕遇地震作用下的减震目标;3)多遇地震作用下,黏滞流体阻尼器为结构提供附加阻尼比,罕遇地震作用下,黏滞流体阻尼器继续为结构耗能;4)黏滞流体阻尼器布置灵活,采用墙式布置方式的黏滞流体阻尼器可以完全隐藏在建筑中,同时也可以保证节点在罕遇地震作用下保持弹性。     

黏滞阻尼器加固的RC框架结构抗震性能分析

经济建设的发展对建筑结构的抗震安全度提出了更高的要求,在各种抗震加固方案中,基于黏滞阻尼器的加固方案被广泛应用。采用合理的弹塑性分析模型对采用黏滞阻尼器加固的RC框架结构在不同强度地震作用下的性能表现进行了全面考察,并重点关注了不同参数减震方案的减震效果以及结构在大震和特大震下的性能表现。研究表明随着地震动强度的变化,黏滞阻尼器的减震效果会有所不同,且随着地震强度增加,采用更大速度指数黏滞阻尼器的减震方案的减震效果更佳。     

某偏心框架混合减震结构弹性与弹塑性动力时程分析

针对某工程的位移比和位移角超限等问题,本文采用消能减震技术对其进行振动控制,具体方案为结构安装屈曲约束支撑和黏滞阻尼器。对原结构和减震结构进行了弹性和弹塑性动力时程分析,对比了两种结构体系小震、大震下的计算分析结果,并在罕遇地震作用下对原结构和减震结构进行了抗震性能评估。结果表明:屈曲约束支撑和黏滞阻尼器有效控制了结构的扭转效应和层间位移角,改善了结构的塑性损伤情况,从而提高了结构在地震作用下的抗震性能。     

金属和黏滞阻尼器共同工作在框架结构设计中应用研究

建筑物中设置耗能阻尼器能有效地耗散地震能量,降低结构的地震作用,避免或减小主体结构的损伤。金属阻尼器和黏滞阻尼器对地震作用下的结构具有较好的减震效果,在国内外项目中得到了广泛应用。基于工程实例,对在结构中设置单一阻尼器和同时设置位移相关型和非线性速度相关型阻尼器的两种不同的消能减震方案进行反应谱和动力时程分析,通过对附加阻尼比、层间位移角、层剪力、阻尼器抗震性能等参数的对比,比较各方案的减震效果,并提出相关的设计要点,为消能减震设计提供有益的参考。     

采用不同减震结构体系的RC框架结构地震易损性分析

采用消能减震技术能有效提高结构的抗震性能，而不同减震结构体系减震效果不同。为了评估不同减震结构体系下的抗震性能，本文以某6层RC框架结构为研究对象，采用基于增量动力分析法的地震易损性分析方法，分别研究了增设防屈曲约束支撑、软钢阻尼器、粘滞阻尼器3种不同减震结构体系的抗震性能。研究结果表明：在同一减震目标下，3种不同的减震结构体系均能有效控制结构的地震响应，其中防屈曲约束支撑结构在不同损伤状态下的超越概率最小，抗倒塌储备系数最大，说明该阻尼器的控制效果最佳，其次是软钢阻尼器，最后是粘滞阻尼器。     

变性能黏滞阻尼器隔震结构体系抗风与隔震分析

高风压、高烈度地区的高层建筑隔震设计时存在隔震层抗风需求与减震效果难以协调的问题,且罕遇地震作用下隔震层位移过大需进行限制,为此,提出在隔震层中增设变性能黏滞阻尼器形成组合隔震体系,利用变性能黏滞阻尼器的分段式性能分别控制风、地震作用下结构响应。介绍了变性能黏滞阻尼器隔震体系的构造、作用机理、设计流程,并以某29层框剪结构为例进行了隔震设计分析。结果表明,变性能黏滞阻尼器隔震体系具有良好的耗能能力和隔震层限位效果,能够同时兼顾高层隔震结构抗风与减震需求,在高风压、高烈度地区的高层隔震建筑中有较好的工程应用价值。     

装配式斜支撑节点钢框架消能减震设计

新型工业化装配式斜支撑节点钢框架由桁架梁、立柱、斜撑等构件组成,斜撑改变了结构的传力途径,使得结构刚度提高,但延性降低。为提高地震作用下结构延性,采用粘滞阻尼器对结构进行消能减震设计,运用SAP2000软件对非减震结构和减震结构进行罕遇地震下的非线性时程分析,对比分析不同阻尼器布置方案的减震效果,对结构整体抗震性能进行评价。分析结果表明:在罕遇地震作用下,粘滞阻尼器表现出良好的耗能性能,减震结构拥有更大的弹塑性变形和强度储备。在结构中从底层开始连续布置1/2楼层阻尼器即可达到所有楼层均布置阻尼器时的减震效果。     

四川某高烈度地区中学教学楼消能减震设计

以四川省雷波县三峡中学教学楼主体建筑为研究对象,对其进行了基于黏滞阻尼器减震技术的抗震性能提升设计,并采用PKPM-JZ和SAUSG软件分析了建筑在不同等级地震荷载作用下的结构响应特征和破坏特征,重点分析了建筑层间位移角、楼层绝对加速度、阻尼器极限承载力和极限加速度等结构响应。结果 表明：在建筑中设置黏滞阻尼器的消能减震方案可较好地提升结构的整体抗震性能,且能有效减少结构构件的损伤;设防地震和罕遇地震作用下,结构不同方向的弹塑性层间位移角均可满足预设的减震目标;结构采用的速度型黏滞阻尼器滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力,在震后修复阶段可不必频繁更换,可在后续抗震服役过程中多次使用;PKPM+SAUSG软件的联合应用,给本项目减震结构分析计算与设计带来了极大的方便。     

某裙房结构大跨度空间改造与减震设计

以某酒店裙房框架结构大跨度空间改造为研究对象,为保证大跨度空间改造后满足结构抗震要求,采用黏滞阻尼器和防屈曲支撑的混合减震控制方案对该裙房框架结构进行减震控制研究,分析了减震框架结构的动力响应和阻尼装置的耗能性能。研究结果表明:混合减震控制方法能有效提高裙房大跨度空间结构的抗震性能,多遇和罕遇地震作用下的减震效果分别达到27.51%和46.52%;黏滞阻尼器在多遇和罕遇地震作用下均发挥了良好的耗能性能;防屈曲支撑在多遇地震作用下作为钢支撑为结构提供刚度,但在罕遇地震作用下亦发挥了良好的耗能性能,表明所提减震控制方案可对结构同时附加刚度和阻尼。本文研究成果可为类似结构大跨度空间改造提供参考。     

采用被动控制的四塔连体结构振动台试验研究

某四塔连体结构在顶部通过300m长的空中连廊在高度235m处连接,形成复杂的多塔楼高位连体结构。为减小地震作用下的结构响应及结构构件内力,采用被动控制方案,空中连廊与四栋塔楼的连接节点采用摩擦摆隔震支座,并设置阻尼器进行耗能与限位。为检验四塔连体高位减（隔）震结构的抗震性能,进行了1/25缩尺模型的模拟地震振动台试验研究。结果表明：采用被动消能减震的四塔连体结构满足抗震设计要求;摩擦摆隔震支座与黏滞阻尼器产生了良好的隔震与消能减震效果,空中连廊构件在罕遇地震作用下保持弹性工作状态。     

偏心结构消能减震技术的分析研究

由于偏心结构质量中心与刚度中心不重合,在地震作用下会产生扭转振动,对结构整体抗震性能十分不利。工程设计通常在远离刚度中心的抗侧结构中,采取设置支撑等增加刚度的措施,减小结构的偏心程度。本文采用消能减震技术,在偏心响应较大的抗侧结构中设置消能减震阻尼器,来减小偏心结构的扭转地震响应。论文通过弹塑性时程分析方法,研究了偏心结构、设置普通支撑、设置速度型阻尼器和位移型阻尼器四种结构方案在常遇、设防和罕遇地震作用下的扭转响应,研究了消能减震技术对偏心结构的减震控制效果。分析结果表明,消能减震技术可以有效控制偏心结构的扭转响应,在大震条件下较好的控制主体结构构件的受力。最后本文针对王府井大厦偏心结构工程进行了阻尼消能减震结构的设计。     

成都某学校教学楼采用黏滞阻尼器的减震分析

针对采用黏滞阻尼器(VFD)减震装置的某教学主楼结构采用PKPM软件进行了多遇地震响应分析,得到结构在弹性阶段的各项整体指标;然后采用Midas Gen软件模拟并分析了减震装置的工作性能和减震效果,并计算附加阻尼比;最后采用SAUSAGE软件分析了该减震结构在罕遇地震作用下阻尼器的工作性能和结构构件损伤情况。该学校结构在本地区设防地震时满足正常使用要求,结构整体(含各关键构件等)均满足预先设定的性能目标。     

黏滞阻尼器加固大空间混凝土框架结构振动台试验研究

为研究大空间混凝土(LRC)框架结构消能减震加固效果及其抗震性能，基于已完成的1∶6缩尺无控LRC框架结构模型试验，开展同加载历程下另一设置黏滞阻尼器(VFD)的相同减震框架结构模型振动台试验。通过对比分析两个模型破损特征、动力性能、加速度与位移响应等，定量获取增设VFD后减震结构相比无控结构抗震性能的提升水平，揭示不同地震作用下LRC框架中VFD发挥的实时减震效果，重点研究减震加固技术对LRC框架结构中薄弱部位响应的影响规律。试验结果表明：减震模型较非减震模型层间位移得到有效控制，罕遇地震作用下结构最大层间位移角由1/102降至1/194;试验过程中阻尼器的工作性能良好，随着地震激励升高，黏滞阻尼器出力逐渐增大，阻尼器实际最大出力达设计极限值的88%。     

采用颗粒调谐质量阻尼器的钢框架结构振动台试验研究

通过附加和不附加颗粒调谐质量阻尼器的5层钢框架振动台试验,研究其在实际地震波以及上海人工波激励下的减震效果。通过调整不同悬挂长度（频率比）、质量比、颗粒到阻尼器壁净距等参数,分析阻尼器参数对其减震效果的影响。试验结果表明：不同地震作用下该类阻尼器均能达到较好的减震效果,其中上海人工波的减震效果最好;对于多层钢框架结构,阻尼器能够有效控制第1振型的振动,但是对于高阶振型的控制作用无法保证;当阻尼器频率与主体结构基频相同时,能够达到最优减震效果,而当二者频率不同时,依然有一定的减震效果,说明其具有一定的鲁棒性;在合适的质量比（0.66%）下,阻尼器能够达到最佳减震效果;当颗粒到容器内壁净距为1.6D~3.6D时,可使阻尼器响应最小,且减震效果较好。     

地震作用下某高层结构MTMD减震控制研究

通过数值模拟研究了地震作用下高层结构多个调谐质量阻尼器(MTMD)减震控制。根据实际工程,利用国际通用软件ETABS建立了结构三维有限元模型,进行了动力特性的分析,得到了结构的前几阶频率;根据不同场地类型,选取了4条典型的地震波;研究了调谐质量阻尼器(TMD)的参数选取和有限元的模拟;运用时程分析方法,分别研究了不同地震作用下高层结构有无控制下的反应。研究结果表明,MTMD对高层结构的减震控制效果明显,场地类型对减震控制效果有一定的影响。所获得的结果为高层结构减震控制设计提供参考和依据。     

某医技楼消能减震设计及非线性分析

上海某医院医技综合楼项目为高层框架-剪力墙结构,采用了墙板式软钢位移型阻尼器的消能减震设计方案。为研究该方案的减震效果,利用ETABS、PKPM-SAUSAGE两种有限元软件对结构进行多遇地震和罕遇地震下的非线性时程分析,分析结果表明:PKPM、YJK等常规设计软件中等效支撑+附加阻尼比能够有效地模拟阻尼器的作用;通用有限元分析模型中非线性连接单元能有效地模拟阻尼器的作用;软钢位移型阻尼器在小震下开始屈服耗能并为结构提供附加阻尼比,采用规范法和能量法两种方法计算,计算结果表明,阻尼器能够为该高层框架-剪力墙结构提供1%的附加阻尼比;罕遇地震下,阻尼器充分耗能,且所有阻尼变形均不超过产品限值;采用消能减震方案后,结构抗震性能有了较大提高。