黏滞阻尼器伸臂桁架布置对超高层结构减震性能影响研究

在超高层结构中,传统伸臂桁架能显著提高结构抗侧刚度、减小结构侧移,但给结构带来刚度、内力突变等不利影响,形成结构薄弱层。黏滞阻尼器伸臂桁架因其在一定程度上减小结构刚度、提供附加阻尼比,成为近年高层建筑结构抗震与抗风的新型体系。针对一226 m超高层结构中某一榀平面框架-剪力墙,在伸臂桁架中布置黏滞阻尼器,对比分析5种不同黏滞阻尼器布置方案伸臂桁架结构在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的消能减震效果,将为黏滞阻尼器在超高层结构伸臂桁架中的进一步研究和应用提供借鉴。     

黏滞阻尼伸臂桁架在超高层结构中的应用研究

黏滞阻尼伸臂桁架是针对核心筒-伸臂桁架结构将黏滞阻尼器竖向布置于伸臂桁架端部的一种消能减震技术,对位于高烈度抗震设防区的超高层框架-核心筒结构,采用该技术不仅可以有效地降低地震作用,还可以避免传统刚性伸臂桁架所带来的不利影响。为研究黏滞阻尼伸臂在超高层结构中的减震规律,对设置黏滞阻尼伸臂的超高层框架-核心筒结构进行减震作用分析,同时研究伸臂桁架刚度以及阻尼器参数对减震效果的影响。结果表明:黏滞阻尼伸臂具有附加阻尼和等效动刚度双重减震作用;综合考虑减震效果和经济性,伸臂桁架存在最优刚度;阻尼指数越小,减震效果越好;阻尼系数存在较优区间,使得黏滞阻尼伸臂取得较好的减震效果。     

超高层建筑结构加强层耗能减震技术及连接节点设计研究

在框架-核心筒结构体系中,加强层可显著提高结构抗侧刚度、减小结构侧移,但会带来结构刚度、内力突变等不利影响。以某超高层建筑为工程背景,研究了黏滞阻尼器在伸臂桁架体系中的应用及在多遇地震和罕遇地震作用下的减震效果,研究了设置黏滞阻尼器的环带桁架在超高层建筑中的较优位置和减震效率。结果表明：黏滞阻尼器在伸臂桁架结构中的设置可以减小核心筒剪力墙的塑性损伤,减小结构的动力响应;设置黏滞阻尼器的环带桁架宜布置在层间相对速度大的位置,随超高层结构高度增加,阻尼器的减震效率降低。通过对伸臂桁架与外框柱、核心筒连接节点的设计及构造的分析,提出了连接节点的设计建议。     

黏滞阻尼伸臂桁架布置对超高层建筑抗震性能的影响

超高层建筑中利用伸臂桁架布置黏滞阻尼器,可避免传统刚性伸臂桁架所带来的不利影响.为探讨伸臂桁架布置形式对超高层建筑结构中黏滞阻尼器的减震效果和对局部构件受力的影响,以一个8度区、407m高的巨型斜撑框架-核心筒结构为例,通过动力弹塑性时程分析,研究黏滞阻尼伸臂桁架分别按通过内柱或避开内柱直接由核心筒悬挑两种方案设计时结构的整体抗震性能和构件内力.结果表明:两种设计方案均可有效协同核心筒和外框架共同受力,但当伸臂桁架经过内柱且弦杆布置在楼面时,因桁架端部受楼面约束,黏滞阻尼器变形受到限制,不能充分发挥作用.当伸臂桁架改为避开内柱、直接由核心筒悬挑,且弦杆脱离楼板约束可自由变形时,黏滞阻尼器耗能能力大幅提升,即使主体结构因塑性损伤产生一定偏位,黏滞阻尼器仍可适应变形继续耗能;因黏滞阻尼器耗能作用明显,主体结构变形得到有效控制,与其相连的巨柱和核心筒负担减轻,结构抗震性能得到一定改善.     

位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架减震效果及动力试验研究

为提高黏滞阻尼伸臂桁架在地震作用下的耗能效率,设计了一种带位移放大装置的黏滞阻尼伸臂桁架。对分别设置传统型和位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架的超高层结构进行有限元分析,对比了结构的地震响应及阻尼器的工作状态。通过动力荷载试验,考察两种黏滞阻尼伸臂桁架的滞回性能,对比阻尼器的位移及耗能,研究位移放大系数的变化规律,分析伸臂桁架刚度对黏滞阻尼伸臂桁架工作效率的影响。结果表明：相比传统型黏滞阻尼伸臂桁架,采用位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架可将阻尼器的耗能效率提高至原来的1.5~1.8倍,使结构获得更好的减震效果;位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架滞回曲线光滑、对称、饱满,具有良好的工作性能,且能有效放大阻尼器的工作位移并增大耗能;提出了黏滞阻尼伸臂桁架的位移放大系数的计算式,计算值与试验值吻合较好;为保证黏滞阻尼伸臂桁架的工作效率,建议伸臂桁架的刚度比取值不小于9。     

黏滞阻尼器在超高层结构设计中的应用

随着我国社会经济的发展和城市化进程的加快,超高层建筑发展迅速。为有效提高结构的抗震性能和经济性,黏滞阻尼器已逐渐应用于超高层建筑设计中。黏滞阻尼器最常用的布置形式是柱间支撑,且以单一应用为主。为提高黏滞阻尼器的工作效率,介绍了两个黏滞阻尼器在超高层结构设计中的应用实例。实例采用了两种新型的、高效的黏滞阻尼器应用方式,分别为加强层中结合伸臂桁架竖向布置、杆式黏滞阻尼器和黏滞阻尼墙混合应用。介绍了方案设计思路,为合理应用黏滞阻尼器提供了指引。通过结构方案选型比较,证明了黏滞阻尼器在超高层结构设计中具有较好的实用性和经济性。     

天津某超高层框架-核心筒结构消能减震技术研究

建筑结构设计需进行抗震分析,超高层框架-核心筒结构为抵抗地震作用,若采用传统设计方法增大构件尺寸,往往会使得地震作用进一步增大,从而造成结构抗震性能的降低。以一个超高层框架-核心筒结构工程为实例,在伸臂桁架楼层设置黏滞性阻尼器并进行时程分析,通过对比无阻尼器模型和增设阻尼器模型的楼层剪力及位移等指标,并分析其耗能情况,揭示了阻尼器对超高层框架-核心筒结构的减震效果。研究发现,在中震作用下,增设阻尼器可以提供大约0. 5%附加阻尼比,首层剪力减小约3. 8%,加强层剪力减小约4. 0%,顶层位移减小约4. 7%,伸臂桁架内力减小约4%。可见,在伸臂楼层设置黏滞性阻尼器能够发挥阻尼器的耗能作用,降低核心筒剪力墙的损伤,提高结构在地震作用下的性能。     

集成黏滞阻尼伸臂减震装置超高层建筑结构续建改造设计

为了在超高层建筑结构续建改造设计中减少已建结构的改造工程量,通过附加黏滞阻尼装置有效提高高层建筑在地震作用下的结构耗能,从而降低结构的内力和变形响应。研究了黏滞阻尼伸臂的变形放大原理,介绍了黏滞阻尼伸臂的最优布置方法,并提出了续建改造多状态矩阵,分析了续建改造项目典型驱动因素,总结了集成黏滞阻尼伸臂减震装置的超高层建筑结构续建改造设计策略,最后以工程实例验证该方法的有效性及准确性。结果表明：黏滞阻尼伸臂适用于以弯曲变形为主的超高层建筑结构,变形放大系数可近似为区格的跨度与高度之比,理论放大系数一般为2～3;采用基于阻尼耗能排序不变假定的黏滞阻尼伸臂设计方法,仅需对结构进行一次满布阻尼计算分析即可确定耗能排序及各附加阻尼方案;在以弯曲变形为主的框架核心筒结构中,阻尼伸臂布置在中、高区减震效果最好,距离该位置越远,耗能效果越差,相邻两道伸臂式阻尼提供的附加阻尼比相差约15%;在续建改造项目中布置黏滞阻尼减震系统,黏滞阻尼器提供的附加阻尼并非越大越好,存在使结构综合成本最低的集成减震设计方案;黏滞阻尼伸臂减震集成设计方法在提升结构抗震性能的同时有效降低了结构续建改造成本,具有实际工程价值。     

某带消能伸臂桁架超高层结构抗震性能分析

以某220 m超高层框架-核心筒结构的消能减震效果为研究对象。采用NosaCAD结构分析程序对该结构进行弹塑性时程分析,对比分析了该结构在6度多遇和所选取的罕遇地震作用下普通伸臂桁架与耗能伸臂桁架对结构地震作用下的消能减震效果。分析结果表明:消能伸臂桁架能在一定程度上改善该结构的抗震性能,结构顶层峰值加速度响应平均降幅约为10%,层间位移角平均降幅约为15%;该结构在罕遇地震作用下的损坏情况有所减轻,伸臂桁架位置布置的黏滞阻尼器对降低结构在地震作用下的响应发挥了一定的作用。     

液体黏滞阻尼器在超高层建筑抗风设计中的应用研究

超高层结构过大的顶点风振加速度会令人感到不适和恐慌,使用液体黏滞阻尼器可增加结构阻尼比,从而减小结构顶点风振加速度达到抗风减振的目的。对抗风振设计中液体黏滞阻尼器应用中的有关问题进行讨论,包括液体黏滞阻尼器不同布置方式的减振率对比,阻尼器非线性模型的计算模拟方法,液体黏滞阻尼器的型号选取、安装、维护等。同时通过工程案例,说明合理布置液体黏滞阻尼器可以有效地减小超高层结构顶点风振加速度,提高其风振舒适度。     

中国国际丝路中心超高层结构设计与关键技术

中国国际丝路中心超高层建筑总高度498 m,位于陕西省西安市,抗震设防烈度8度,该结构的侧向变形和承载力均由地震作用控制.为解决结构侧向刚度不足的问题,设置了伸臂桁架加强层,然而传统伸臂桁架往往会造成结构刚度和承载力突变等问题.为此,采用基于刚性伸臂和黏滞阻尼伸臂的组合伸臂桁架技术,研究刚性伸臂桁架和黏滞阻尼伸臂桁架在...     

超高层建筑结构放大型黏滞消能伸臂减震效果研究

为提升超高层建筑结构的抗震性能,提出了一种可充分发挥阻尼器耗能能力的放大型黏滞消能伸臂减震装置,该装置通过增加菱形转动机构,将核心筒与外框架之间竖向相对变形进行二次放大,以增大对超高层结构的动力响应的控制效果。基于某案例工程超高层结构,对其采用放大型黏滞伸臂方案、传统黏滞伸臂方案和抗震方案进行了弹塑性时程分析对比。结果表明：相比传统黏滞伸臂,放大型黏滞伸臂由于菱形放大装置的转动,阻尼器的耗能效果得到进一步提升,对主体结构的层间位移角、基底剪力等地震响应和塑性损伤均具有良好的控制效果,综合提升了阻尼伸臂系统的耗能效果。     

某超大高宽比超高层建筑风振控制研究

根据某超大高宽比超高层住宅建筑提高风振舒适度的需求,拟采用黏滞阻尼器来减小风致振动,通过对阻尼器沿竖向不同部位布置的多个方案进行风振及小震时程分析,对比研究了不同布置方案分别对结构顶点加速度、层间位移角及基底剪力的减振效果,结果表明合理布置的黏滞阻尼器可有效降低顶点风振加速度,也可有效降低小震作用下的基底剪力与层间位移角。     

某超高层塔楼悬挑桁架设计分析

某超高层主体结构高285m,为带伸臂桁架的型钢混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构。结构角部区域采用悬挑桁架以悬挂或上托多个楼层,悬挑尺寸约6m。对悬挑桁架的腹杆及相邻内跨腹杆布置形式、杆件截面形式以及竖向地震作用加速度放大系数进行了分析和探讨,相关结论可供同类工程设计参考。     

线性黏滞阻尼器在某超高层建筑中的应用

以大连某综合发展项目中超高层建筑T塔楼为工程背景,将速度型黏滞阻尼器设置于核心筒墙体悬挑出的伸臂和外框柱之间,利用两者之间的竖向变形差耗散振动能量。介绍了阻尼系数的确定方法和三种伸臂形式及伸臂端部和外框柱与阻尼器的连接节点大样。基于风洞实验室的风力时程数据对结构的加速度和层间位移角响应进行详细分析。结果表明,塔楼采用16个黏滞阻尼器之后,有效减小了10年回归期风荷载作用下结构顶部的加速度,其顶部舒适度可改善20%左右,成功达到预期效果。     

基于振动台试验的超高层结构伸臂消能体系抗倾覆性能研究

本研究通过对某超高层结构模型进行模拟地震振动台试验,考察核心筒、外围框架与伸臂结构组成的抗侧力体系在地震作用下的整体抗倾覆性能,重点分析在伸臂结构设置黏滞阻尼器的消能减震策略对结构底部弯矩的控制效果,为该类超高层结构体系减震研究提供参考。     

我国高度250 m以上超高层建筑结构现状与分析进展

我国250 m以上超高层建筑数量日益增加，超高层建筑由长三角、珠三角地区逐渐向全国其他区域扩展，其中环渤海地区以及部分二线城市中超高层建筑发展迅速。对不同高度的超高层建筑，其常用的结构体系为：框架-核心筒、框筒-核心筒、巨型框架-核心筒和巨型框架-核心筒-巨型支撑结构。分析表明：随着结构高度的增加，巨型框架和巨型支撑应用较多，混合结构在超高层建筑结构中广泛应用。通过实际工程造价分析，研究了建筑高度、抗震设防烈度、结构材料对超高层建筑工程造价的影响。分别从超高层建筑形态空气动力学优化和长周期响应方面，阐明了超高层建筑结构分析、设计中的关键问题。采用黏滞阻尼器可有效降低超高层建筑结构地震响应，对黏滞阻尼器在实际超高层建筑中的应用现状及发展前景进行了简要介绍。     

基于风振舒适度的北京奥林匹克塔黏滞阻尼减振性能研究

以北京奥林匹克塔为工程背景,对其展开以舒适度为控制指标的黏滞阻尼减振性能研究。根据该多塔高耸结构的特点设计了连接桁架加腋的结构方案和不加腋的结构方案,比较分析两者之间动力特性的变化。并在连接桁架不加腋结构方案的基础上引入黏滞流体阻尼器(viscous fluid damper, VFD),对阻尼器的安装位置、装置数量等进行优化设计,形成了结构黏滞阻尼减振方案。利用风洞试验结果生成的三维风场,开展了连接桁架加腋方案、连接桁架不加腋方案和黏滞阻尼减振方案的风振响应分析,并从响应的空间分布、受风向角影响规律、时频域特性和阻尼器输出特性等方面进行分析。结果表明：相对于连接桁架不加腋方案,无论是连接桁架加腋方案还是黏滞阻尼减振方案,结构的加速度峰值响应均有不同程度的减小,其中黏滞阻尼减振方案最大衰减可达30.28%。     

某大悬挑桁架结构消能减震设计研究

以某大悬挑桁架结构为分析实例,采用动力弹塑性时程分析方法对大悬挑结构进行消能减震设计,对减震效果及布置方案进行探讨.结果表明:对于大悬挑结构,通过布置黏滞阻尼器可以有效地减少结构在地震作用下的竖向位移、竖向加速度和杆件内力;黏滞阻尼器布置于悬挑结构端部位置的减震效果优于其布置在悬挑结构根部;不同的阻尼器布置方案对减震效果、建筑功能及原结构刚度产生不同的影响,设计中需综合考虑.     

多道负刚度阻尼伸臂结构减震性能的随机响应分析

针对传统黏滞阻尼伸臂(conventional damped outrigger, CDO)结构中由于外柱刚度有限造成最大附加阻尼比受限的不足,引入负刚度机制,将负刚度装置与阻尼器并联,形成负刚度阻尼伸臂(negative stiffness damped outrigger, NSDO)结构,在降低阻尼需求、控制结构的风振及地震作用响应方面具有显著的优势。基于连续化的Timoshenko梁建立多道负刚度阻尼伸臂结构的简化分析模型,并通过虚拟小质量法建立核心筒-伸臂结构的状态空间方程,最终通过求解Lyapunov方程得到结构的随机地震响应。并以两道伸臂为例,对两道NSDO(简称“2NSDO”)结构、两种布置方案的混合伸臂结构进行了随机地震响应参数化分析。结果表明：与传统阻尼伸臂结构相比,合理设置的NSDO结构的减震效果明显提高,层间位移角与无控结构(仅核心筒)层间位移角之比(即层间位移角减震效果)从0.68降至0.25以下,有害层间位移角的减震效果从0.71降至0.4以下,加速度、基底剪力和倾覆弯矩的减震效果均从0.7左右降至0.5以下;对比不同的NSDO布置形式,对于有害层间位移角、...