高烈度地区某住宅消能减震设计

高烈度地区某住宅消能减震设计
发布时间：2021-06-28T06:39:12.646Z 来源：《防护工程》2021年6期作者：钱洪涛[导读] 对地处地震高烈度区的海南某海岸住宅进行了消能减震设计，采用消能减震剪力墙结构代替传统通过增加构件的截面尺寸与加强配筋等方式的抗震结构设计思路。

并采用ETABS有限元软件进行了多遇地震对比分析，研究结果表明：增加粘滞阻尼器后，层剪力与层间位移角的最大减震效果分别达到了48.4%与38.5%，减震效果良好，且通过算量软件得出用消能减震结构体系，在钢筋和混凝土的用量上分别
减少了31.5%和13%，具有良好的经济性。

广州大学建筑设计研究院
[摘要]对地处地震高烈度区的海南某海岸住宅进行了消能减震设计，采用消能减震剪力墙结构代替传统通过增加构件的截面尺寸与加强配筋等方式的抗震结构设计思路。

并采用ETABS有限元软件进行了多遇地震对比分析，研究结果表明：增加粘滞阻尼器后，层剪力与层间位移角的最大减震效果分别达到了48.4%与38.5%，减震效果良好，且通过算量软件得出用消能减震结构体系，在钢筋和混凝土的用量上分别减少了31.5%和13%，具有良好的经济性。

[关键词]：粘滞阻尼器；时程分析；剪力墙结构；
Energy Dissipation and Seismic Mitigation Design of a Residential Building in High Intensity Area1 (1.)
Abstract: The energy dissipation and seismic reduction design of a coastal residence in Hainan located in a high seismic intensity area was carried out. The energy dissipation frame shear wall structure was used to replace the traditional seismic structure design thinking of increasing the cross-sectional size of the components and strengthening the reinforcement. The ETABS finite element software was used to carry out a comparative analysis of frequent earthquakes. The results of the study showed that the maximum damping effect of layer shear and interlayer displacement angle reached 48.4% and 38.5%, respectively, after adding viscous dampers. It is good, and the energy dissipation and shock absorption structure system is obtained through the calculation software, and the consumption of steel and concrete has been reduced by 31.5% and 13%, respectively, which has good economic efficiency.
Keywords: Viscous damper; Time history analysis; shear wall structure
0引言
消能减震设计作为一种结构抗震新技术，改变了传统抗震结构“硬抗”的方式，其设计思路是通过在结构中增设“柔性耗能”装置，改抗为消，给结构提供附加阻尼，消耗地震输入上部结构的能量，以达到降低结构地震反应的目的[1-2]。

采用消能减震技术可在不改变结构布置和形式的情况下，根据业主方确立的不同性能要求，实现更高的抗震目标要求[3-5]。

本文利用ETABS分别建立了非减震结构和减震结构并进行了多遇地震下的时程分析，对结构的基底剪力，层间位移角和附加阻尼比进行了对比分析。

1 工程概况及模型建立与验证
1.1 工程概况
结构总层数为地上24层，地下2层，首层底标高为-0.5m，首层高为5.9m，其余层层高均为3m，建筑总高度为74.9m。

采用剪力墙结构体系。

主要设计依据：①场地土的类别为Ⅲ类；②基本风压按50年一遇的基本风压采用，取0.75kN/m2 。

地面粗糙度B类；③区域抗震基本烈度8度，设计基本地震加速度0.3g，设计地震分组第一组。

1.2 模型建立及验证
采用ETABS建立模型，模型中梁、柱取杆单元，楼板取膜单元，剪力墙取壳单元。

模型中消能减震结构的粘滞阻尼器采用LINK单元中的damper属性模拟，原结构在ETABS软件中建立的模型如图1所示。

为了校核所建立ETABS模型的准确性，将EATBS和SATWE模型计算得到的周期和振型进行对比。

表1 结构周期(s)对比(ETABS模型为无地下室，嵌固端以上部分模型）
图1 有限元模型
2 阻尼器参数及布置
本工程为满足建筑功能上的需求，不能改变人流走向，不影响美观，因此选用粘滞阻尼器，黏滞阻尼器依靠液体运动产生的粘滞阻力消耗地震力，是一种无刚度、速度相关型的消能器。

其安装简单、施工方便、消能减震效果好，在工程中应用较为广泛因此，阻尼器的平面位置、立面位置如图2所示。

标号①所指位置为X方向布置阻尼器的位置，从七层到十二层每层一个共布置了6个；标号②和③所指为Y方向布置阻尼器的位置，从五层到十五层每层两个共布置了22个，整栋建筑物一共布置了28个60T的粘滞阻尼器，阻尼器采用统一的型号：阻尼系数—300kN/(mm/s)0.2、阻尼指数—0.2。

支撑为200×500的混凝土截面。

同一楼层中X方向阻尼器编号为X1，标号②和③位置阻尼器编号分别为Y2与Y3。

(a) 阻尼器平面布置图
(b) X1位置 (c) Y1号位置 (d) Y2号位置
图2 结构阻尼器布置图 3 消能减震结构多遇地震分析 3.1 地震波选取
分析过程中地震波的选取，ELCENTRO波、DUZCE波和AW波，地震波的时程曲线如图3所示。

普通结构反应谱分析与三条地震时程分析结果表2所示，从表中可以看出，所选的地震波能满足规范要求的单条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值大于振型分解反应谱法计算结构的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值大于振型分解反应谱法计算结果的80%。

为此，可以说明选择的地震波是合理的。

3.2 减震效果分析
图4和图5分别为多遇地震下X方向和Y方向非减震结构与减震结构层间剪力与层间位移角的对比图。

由图可知，在多遇地震作用下非减震结构与减震结构在X方向层剪力与层间位移角最大减震效果分别为3.1%、6.2%，两条曲线几乎重合，由于X方向布置阻尼器较少，没有起到很好的减震效果，但仍然满足规范的要求。

Y方向层剪力与层间位移角最大减震效果分别为48.4%、34.5%，减震效果良好。

(a) Y方向层剪力对比 (b) Y方向层间位移角对比
图5 Y方向层剪力和层间位移角对比
3.3 附加阻尼比计算
在ETABS等有限元分析软件中进行动力时程分析，借助软件可以分别提取出结构的模态阻尼耗能以及阻尼器耗能，利用如下公式(1)可以计算出结构的附加阻尼比：
(1)
5 结论
本文基于某高烈度地区住宅实际工程，使用ETABS对原结构和消能减震结构在地震作用下进行反应谱分析和时程分析，通过对比分析得出以下结论：
(1) 消能减震结构在三条地震波作用下，阻尼器附加阻尼器都能满足附加4%阻尼比的需求。

(2) 粘滞阻尼器在地震作用下的滞回曲线十分饱满，层剪力与层间位移角的最大减震效果分别达到了48.4%与38.5%，具有大量耗散地震输入能量的能力。

(3) 由于结构构件截面尺寸减小，结构自重相应减小，结构的地震反应也减小，基础的设计荷载也显著减小，与普通的结构体系比较，用消能减震结构体系，在钢筋和混凝土的用量上分别减少了31.5%和13%，通过合理地选用阻尼器和结构布置一般可使主体的综合结构造价降低5~10%。

参考文献
[1]翁大根, 卢著辉, 徐斌,等. 粘滞阻尼器力学性能试验研究[J]. 世界地震工程, 2002, 18(4):30-34.
[2]周福霖,俞公骅. 多层和高层建筑结构减震控制新体系[J]. 工程抗震(3期):10-14.
[3]兰香, 潘文. 高烈度区消能减震结构抗震性能研究[J]. 工程抗震与加固改造, 2016, 38(005):63-68.
[4]范重, 裴雨晨, 赵红,等. 某剪力墙结构隔震设计技术经济性研究[J]. 建筑结构, 2018(9):1-8.
[5]王华, 于清高. 8度区某学校隔震设计与经济性分析[J]. 决策探索(中), 2019.。