建筑用液体粘滞阻尼器设计方法简介

1．阻尼器应用的设计目标和理念

传统建筑，无论木结构，钢筋混凝土，钢结构已经有上百年的抗风，抗震历史，为什么提出在这些建筑中添加阻尼器精简总结，有以下几点原因：

●对于一些使用要求较高的建筑结构（超高层，大跨结构等），地震，抗风形成动力难题，需

要更合理的解决办法；

●对比其他传统方案，减少结构受力体系的造价；

●科学不断发展，开辟了解决结构工程问题的新思路；可以使结构最大限度的保持在弹性范围

内工作，为结构提升安全保障。

以某抗震加固工程为例，我们对剪力墙（传统方案）和液体粘滞阻尼器两个方案从理念和计算结果作

展情况和我们的应用体会，我们再谈一下在建筑上使用阻尼器的目标和理念。简单的说，我们安置阻尼器可以有以下几个目的。

A增加抗震、抗风能力

原设计可能已经可以满足所有规范规定的抗震抗风要求，加上液体粘滞阻阻尼器，在振动过程中起到耗能和增加结构阻尼的作用，从而降低结构反应的基底剪力，减少整个结构的受力，也就可以大大提高结构的抗地震能力。同时，只要阻尼器安装的合适，设置到不同的需要方向，还可以预防和减少原设计没有考虑，或考虑不足的振动受力。

对特别重要的结构，高发地震区，花钱不多，设置这一第二防线是很值得的。对于非严重地震区，也可以用阻尼器达到抗风和增加抗震能力的目的。

B．用阻尼器去防范罕遇大地震或大风

按小震不坏大振不倒的原则，我们可以用常规的设计办法使设计满足多遇地震的抗震要求。对于罕遇的大地震可能显得不足、不理想或不经济。用结构的被动保护系统－特别是阻尼器来等待和解决这罕遇大地震的问题，不仅新建结构建议采用这一设计理念，原设计未设防抗震或设防不足的结构加固工程也很适于。

这一理念会带来经济实用和可靠的结果，设计的好，可以为工程节省费用。国外抗震先进国家大都采用这一理念。在所有可能发生地震的地区，我们主要想提出推广的这一设计理念。

国外有的工程，在结构的小振设计中也充分利用施加了阻尼器的优越。他们大胆的用加阻尼器后的修正反应谱作结构的设计。

C．减少附属结构、设备、仪器仪表等第二系统的振动

在破坏性地震震害分析中，结构内部附属结构、设备、仪器仪表等第二系统的振动和破坏越来越引起我们的注意。从经济上看，这些内部系统的价值可能远远超过结构本身。增加结构保护系统出于

保护这一附属系统就不奇怪了。应该说，采用阻尼器系统减少医院、计算机房、交通及航空等重要控制中心内部附属设备的振动是非常必要的。

D．解决常规办法难予解决的问题

在结构设计中有时遇到高地震烈度、土质情况恶劣的地区，单纯的加大梁柱的尺寸会引起结构刚度增加，结构的周期减小，其结果可能引起更大的地震力。结构落入这一恶性循环中。有时用常规的办法难于解决。着名的墨西哥市长大楼就提供了一个解脱这一恶性循环的榜样。

结构抗震如果使用液体粘滞阻尼器，本身没有刚度，也就不会改变结构的频率，阻尼器增加了结构的阻尼比，起到耗能的作用，比较容易解决这一困难问题。

在高烈度地震区，设计变得很困难的情况下，建议加入液体粘滞阻尼器重新作一下分析，可能你会得到预想不到的好结果。

E．结构上的其它需要

除了提髙结构主体的的抗震抗风能力外，阻尼器还能在很多其他方面的抗振动上对结构有所帮助，可以汇总如下：

●大跨空间钢结构，体育场馆，特别是开启式屋顶运动中的减振

●超高层钢结构建筑抗风的TMD系统

●减少楼板和大型屋盖垂直振动的TMD系统

●配合基础隔震的建筑，加大阻尼，减少位移

●设备基础减振

●特别重要的建筑----核电站、机场控制室

●结构复杂，难于计算的建筑

●加固工程中，空间受限，最好的选择

●军事工程，抗爆工程

当然，阻尼器还是个新生事物。它的应用方面和理念都还在发展，并有广阔的发展空间。

3.阻尼器的使用方法

液压粘滞阻尼器几乎是唯一可以既减少结构受力又减少结构位移的消能减振阻尼器。在结构应用中我们只要目标明确，安放合适就可以起到它的作用。对于具体结构的安置目的，我们不妨大体分成下面二类作介绍：

1）为减少主体结构的水平振动，同时减少主体结构主体结构在水平振动下的受力和位移。包括框架结构，单厂排架系统，大跨空间结构的梁柱体系，阻尼器都可以以此为目的来设计。

2）为减少振动中整体或局部位移，以减少振动中的位移为主要目的，阻尼器本身的直接耗能可能并不大，而是寻求系统整体作用。常用的有：

●配合基础隔振加设的阻尼器：

●配合屋盖系统与柱顶相连处的阻尼器：

●多塔结构间连走廊处所用的阻尼器。

●减少整体结构水平振动的TMD系统

●减少局部或整体垂直振动的TMD系统

●设备基础及重要的管道系统用减振系统

消能减震支撑

阻尼器安装在建筑的不同位置，可以达到设计的不同目的。随着阻尼器在结构抗震、抗风等工程项目上应用的发展，很多结构上采用了不同安装方式、组成不同类型的安置模型。总结目前阻尼器在结构上的安装方式，主要有对角支撑，人字型支撑和垂直放置等。

对角支撑

在结构的对角支撑的位置方向上安置阻尼器，看上去和传统的结构对角支撑很相似。其连接方式简单，阻尼器的作用清楚，广泛被结构工程师使用，常被标为“阻尼支撑”。实际上，对于无刚性的

液体粘滞阻尼器，它完全不是一般概念下的支撑，而是仅仅增加阻尼的体系。如果我希望它增加和刚度和阻尼两方面起作用，应该采用液体粘弹性阻尼器。这种连接方式中，阻尼器的利用效率较低，在倾角等于37°时，仅为。

注意：这样使用的阻尼器应为一端饺接、一端固结，两端铰接会形成三饺一线的失稳状态。

图3-1某结构安置的对角支撑阻尼器

人字形支撑

这是一种完全用来减少水平层间位移的体系，阻尼器的一端通过一个“人”字型支撑和该层下楼层结构相连并运动一致。而阻尼器的另一端和楼层上端结构相，运动一致。支撑的“人”字交点处与上梁并不作受力连接（仅允许水平滑动）。

注意：人字支撑与主体柱下端（结点）的连接一定为刚性连接，切勿用成饺接。

这种连接对水平层间运动的耗能作用优于上述对角形支撑，其f=1，但对于只连一个阻尼器的体系,“支撑”用钢量可能大于对角连接方式。当然，人字形也可以“倒”用成“V”字形状，还可以在一套“人字支撑”上安置两个阻尼器。

图3－2某结构安置的人字形支撑阻尼器

配合伸臂桁架支撑垂直放置

对于一些超高层结构，设计者通过计算发现，如果将加强层切开，放大了有弯曲变形带来的垂直相对位移，将阻尼器竖向放置，可以得到很好的减震效果。

图3－3某结构安置的垂直放置阻尼器

以减少振动中位移为直接目的的阻尼器

3.2.1配合基础隔振加设的阻尼器