某钢筋混凝土框架结构地震响应弹塑性时程分析
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１ ． ２ 减 震 方案
［ 定稿 日期］ ２ ０ １ ２— ０ ６—１ ３ ［ 基金 项 目］ 自保 温墙体装 配整体 式框 架结 构 的关键技 术研 究， 东南大学创新基金 。 ［ 作 者简介］ 尹 万云 （ １ ９ ６ ３一） ， 男， 教 授级高级工程 师。
四Байду номын сангаас Ｉ 建筑
第３ ３卷 １期
效应 。
本 文 所 采 用 的纤 维 梁 模 型 是 以 ＭＳ Ｃ ． ＭＡ Ｒ Ｃ中的 ５ ２号
梁单元为基础 ， 并通 过 ＭＳ Ｃ ． Ｍ Ａ Ｒ Ｃ提供 的 Ｕ Ｂ Ｅ Ａ Ｍ用户子程 序接 口嵌入 相关 程序实 现 Ｊ ， 可用 于杆 系结 构 的模 拟。在 Ｕ Ｂ Ｅ Ａ Ｍ子程序中 ， 基 于纤维模 型原理 将结 构杆件 的截 面划 分成若干纤维 ， 纤维间的变形协调 采用平截面假定 。由于每 个纤维均为单轴受力 ， 故 可用材料 的单 轴应力应变本 构关系
分析 。利 用有 限元分析软件强大 的后 处理功能 ， 对 比分析 了 结构 在减 震 前 后 的抗 震 性 能 ， 为 结 构 抗 震 设 计 提 供 参 考
依据 。
１ 工 程概 况
１ ． １ 结 构 设 计 概 况
该 工程为位 于江 苏 省 宿迁 市 的某 银行 综 合 楼 的裙 房 。 地上 ４层 ， 地下 １ 层， 地 上总高 度为 １ ５ ． ４ ｍ。建 筑设 计使用 年限为 ５ ０ ａ ， 抗震设 防类别 为丙类 ， 设 防烈 度为 ８度 ， 基本地 震加 速度为 ０ ． ３ ｇ ， 设计地震分组是第一组 ， 场地类别 为 Ⅲ类 ，
的整体抗震性 能 ， 起 到 良好 的 减 震 效 果 。
【 关键 词 】 弹 塑性 时程 分析 ； 钢 筋混凝 土 ； 框 架结构 ； 粘滞流体 阻尼 器 【 中图分 类号 】 Ｔ Ｕ ３ ５ ２ ． １
随着计算机技 术的发展 ， 结构数 值分析 在土木工 程领域
【 文献标 识码 】 Ａ
的钢 筋 混 凝 土 （ Ｒ Ｃ ） 框架结构进行 了罕遇地 震下 弹塑性时程
ｎ为阻尼指 数。从结构整体 上看 ， 附加 这一类 型 的阻 尼器不
会对 原结构的刚度和振动特性有任 何改变 ， 而仅 提供一种耗 能作 用 ， 相 当于增 加 了原 结构 的阻尼 比， 从 而有 效降 低结 构 的地 震响应 ， 因此 非常便于设计者对结构进行控制设计 。
场地 特 征 周 期 为 ０ ． ４ ５ ｓ 。
图１ 一 层 结 构 平 面 布 置 示 意
本工程结构采 用 Ｒ Ｃ框 架体 系 。框 架 的抗 震 等级 为 二 级 。图 １给出了结 构一层 平 面布置 示意 图 。在结 构 方案初 步设计 时 ， 通过分析 表 明如果 按照 传统 的抗震 设计 ， 那么在 满足使用功能要求最大 限度地 布置框 架柱 的情况 下 ， 结构 和 Ｙ方 向地震 作用 下的层 间位 移 角最 大值 分别 为 １ ／ ３ ６ ５和 １ ／ ４ ６ ９ ， 远大于规范 限值 １ ／ ５ ５ ０ 。由于本工程建筑要 求大空 间
２ ０ １ ３ ． ０ ２
１ ２ ７
根据我 国《 建筑抗震设 计规 范》 （ Ｇ Ｂ ５ ０ ０ １ １ —２ ０ １ ０ ） 相 关
规定 ， 通过多轮时程分析并进行优化调 整的基础上确 定 了本 工程 阻尼 器的布置方案 Ｊ 。图 １中用实 心椭 圆标 示 了该层
阻尼 器 的 布 置 位 置 。 阻 尼器 产 品 阻尼 系 数 为 １ ０ ０ ０ ｋ Ｎ． ｍ ／ ｓ ， 阻尼 指 数 为 ０ ． ２ ５ ， 最大输出阻尼力为 ８ ５ ０ ｋ Ｎ， 在 结 构 １～ ３层
本 工 程 采 用 的 非 线 性 粘 滞 阻 尼 器 是 一 种 速 度 相 关 型 阻
获得 了广泛 的应 用 。结 构弹 塑性 时程分 析作 为结 构数 值分
析 的一种 手段 ， 可 以较为真实地模 拟结构在 地震往 复作用下
的全 过 程 响应 。这 不 仅 可 以 获 得 结 构 响 应 的 峰 值 结 果 用 于
结构的抗震能力 ， 而 是 通 过 设 置 附 加 耗 能 装 置 来 有 效 耗 散 地
图 ２ 整 体 结 构 三 维 分 析模 型 （ 隐去 楼 板 单 元 ）
震输入能量 ， 降低结构 的地 震动 力响 应 ， 从 而有 效确 保结 构
在强震下 的安全 ， 在不影响建筑功能要 求 的同时还可 以明显 提高结构 的抗震性 能 。
【 摘 要】 文章基 于合理 的杆 系结构数值分析模 型 ， 针 对一个 采用减震控 制技 术的 实际钢 筋混凝 土框
架结构进行 了罕遇地 震下的弹塑性 时程分析 。利 用有限元分 析软件 强 大的计 算能 力和后 处理 功能 ， 对 比分 析 了结构在减震前和 减震后 的抗震性能 ， 结果表 明 ： 采 用非线性粘滞流体 阻尼 器这一减震 方案 可以提 高结构
尼器 ， 其物理关 系可以描述为 ：
Ｆ ：Ｃ・ （ １ ）
式中 ： Ｆ为阻尼力 ， Ｃ为阻尼系数 ， 为阻尼 器变形速 率 ，
指导结构设计 ， 还能够反 映结构在 强震作用 下的损伤 发展情
况 和薄 弱环节 ， 为结构 的抗震 安全评估 提供依据 。本 文基 于 合理 的杆 系结 构数值分析模型 ， 针 对一个采 用减震控 制技术
平面布置 ， 难 以布置剪 力墙 ， 且 此 时 已 很 难 再 增 大 柱 的 截 面
尺寸 ， 因此仅依靠 “ 硬抗 ” 的传统设 计 ， 很难满 足结 构抗震设 计要求 。为此 ， 在结 构中布置 了一定数 量的非线 性粘滞 流体 阻尼器 ， 采 用减震 控制设计技术将结构 设计 为消能减震 结构 体系 。这一措施不是 采用 加强 结构 的传统 设计 理念 来提 高
某 钢 筋 混凝 土 框 架 结 构 地 震 响 应 弹 塑 性 时 程 分 析
尹万云 ， 刘祖 国 ， 刘守城 ， 缪志伟
（ １ ． 中国十七 冶集 团有 限公 司 ， 安徽 马鞍 山 ２ ４ ３ ０ ０ ０； ２ ． 东南 大学 土 木工程 学 院 ， 江 苏南 京 ２ １ ０ ０ ９ ６ ）
［ 定稿 日期］ ２ ０ １ ２— ０ ６—１ ３ ［ 基金 项 目］ 自保 温墙体装 配整体 式框 架结 构 的关键技 术研 究， 东南大学创新基金 。 ［ 作 者简介］ 尹 万云 （ １ ９ ６ ３一） ， 男， 教 授级高级工程 师。
四Байду номын сангаас Ｉ 建筑
第３ ３卷 １期
效应 。
本 文 所 采 用 的纤 维 梁 模 型 是 以 ＭＳ Ｃ ． ＭＡ Ｒ Ｃ中的 ５ ２号
梁单元为基础 ， 并通 过 ＭＳ Ｃ ． Ｍ Ａ Ｒ Ｃ提供 的 Ｕ Ｂ Ｅ Ａ Ｍ用户子程 序接 口嵌入 相关 程序实 现 Ｊ ， 可用 于杆 系结 构 的模 拟。在 Ｕ Ｂ Ｅ Ａ Ｍ子程序中 ， 基 于纤维模 型原理 将结 构杆件 的截 面划 分成若干纤维 ， 纤维间的变形协调 采用平截面假定 。由于每 个纤维均为单轴受力 ， 故 可用材料 的单 轴应力应变本 构关系
分析 。利 用有 限元分析软件强大 的后 处理功能 ， 对 比分析 了 结构 在减 震 前 后 的抗 震 性 能 ， 为 结 构 抗 震 设 计 提 供 参 考
依据 。
１ 工 程概 况
１ ． １ 结 构 设 计 概 况
该 工程为位 于江 苏 省 宿迁 市 的某 银行 综 合 楼 的裙 房 。 地上 ４层 ， 地下 １ 层， 地 上总高 度为 １ ５ ． ４ ｍ。建 筑设 计使用 年限为 ５ ０ ａ ， 抗震设 防类别 为丙类 ， 设 防烈 度为 ８度 ， 基本地 震加 速度为 ０ ． ３ ｇ ， 设计地震分组是第一组 ， 场地类别 为 Ⅲ类 ，
的整体抗震性 能 ， 起 到 良好 的 减 震 效 果 。
【 关键 词 】 弹 塑性 时程 分析 ； 钢 筋混凝 土 ； 框 架结构 ； 粘滞流体 阻尼 器 【 中图分 类号 】 Ｔ Ｕ ３ ５ ２ ． １
随着计算机技 术的发展 ， 结构数 值分析 在土木工 程领域
【 文献标 识码 】 Ａ
的钢 筋 混 凝 土 （ Ｒ Ｃ ） 框架结构进行 了罕遇地 震下 弹塑性时程
ｎ为阻尼指 数。从结构整体 上看 ， 附加 这一类 型 的阻 尼器不
会对 原结构的刚度和振动特性有任 何改变 ， 而仅 提供一种耗 能作 用 ， 相 当于增 加 了原 结构 的阻尼 比， 从 而有 效降 低结 构 的地 震响应 ， 因此 非常便于设计者对结构进行控制设计 。
场地 特 征 周 期 为 ０ ． ４ ５ ｓ 。
图１ 一 层 结 构 平 面 布 置 示 意
本工程结构采 用 Ｒ Ｃ框 架体 系 。框 架 的抗 震 等级 为 二 级 。图 １给出了结 构一层 平 面布置 示意 图 。在结 构 方案初 步设计 时 ， 通过分析 表 明如果 按照 传统 的抗震 设计 ， 那么在 满足使用功能要求最大 限度地 布置框 架柱 的情况 下 ， 结构 和 Ｙ方 向地震 作用 下的层 间位 移 角最 大值 分别 为 １ ／ ３ ６ ５和 １ ／ ４ ６ ９ ， 远大于规范 限值 １ ／ ５ ５ ０ 。由于本工程建筑要 求大空 间
２ ０ １ ３ ． ０ ２
１ ２ ７
根据我 国《 建筑抗震设 计规 范》 （ Ｇ Ｂ ５ ０ ０ １ １ —２ ０ １ ０ ） 相 关
规定 ， 通过多轮时程分析并进行优化调 整的基础上确 定 了本 工程 阻尼 器的布置方案 Ｊ 。图 １中用实 心椭 圆标 示 了该层
阻尼 器 的 布 置 位 置 。 阻 尼器 产 品 阻尼 系 数 为 １ ０ ０ ０ ｋ Ｎ． ｍ ／ ｓ ， 阻尼 指 数 为 ０ ． ２ ５ ， 最大输出阻尼力为 ８ ５ ０ ｋ Ｎ， 在 结 构 １～ ３层
本 工 程 采 用 的 非 线 性 粘 滞 阻 尼 器 是 一 种 速 度 相 关 型 阻
获得 了广泛 的应 用 。结 构弹 塑性 时程分 析作 为结 构数 值分
析 的一种 手段 ， 可 以较为真实地模 拟结构在 地震往 复作用下
的全 过 程 响应 。这 不 仅 可 以 获 得 结 构 响 应 的 峰 值 结 果 用 于
结构的抗震能力 ， 而 是 通 过 设 置 附 加 耗 能 装 置 来 有 效 耗 散 地
图 ２ 整 体 结 构 三 维 分 析模 型 （ 隐去 楼 板 单 元 ）
震输入能量 ， 降低结构 的地 震动 力响 应 ， 从 而有 效确 保结 构
在强震下 的安全 ， 在不影响建筑功能要 求 的同时还可 以明显 提高结构 的抗震性 能 。
【 摘 要】 文章基 于合理 的杆 系结构数值分析模 型 ， 针 对一个 采用减震控 制技 术的 实际钢 筋混凝 土框
架结构进行 了罕遇地 震下的弹塑性 时程分析 。利 用有限元分 析软件 强 大的计 算能 力和后 处理 功能 ， 对 比分 析 了结构在减震前和 减震后 的抗震性能 ， 结果表 明 ： 采 用非线性粘滞流体 阻尼 器这一减震 方案 可以提 高结构
尼器 ， 其物理关 系可以描述为 ：
Ｆ ：Ｃ・ （ １ ）
式中 ： Ｆ为阻尼力 ， Ｃ为阻尼系数 ， 为阻尼 器变形速 率 ，
指导结构设计 ， 还能够反 映结构在 强震作用 下的损伤 发展情
况 和薄 弱环节 ， 为结构 的抗震 安全评估 提供依据 。本 文基 于 合理 的杆 系结 构数值分析模型 ， 针 对一个采 用减震控 制技术
平面布置 ， 难 以布置剪 力墙 ， 且 此 时 已 很 难 再 增 大 柱 的 截 面
尺寸 ， 因此仅依靠 “ 硬抗 ” 的传统设 计 ， 很难满 足结 构抗震设 计要求 。为此 ， 在结 构中布置 了一定数 量的非线 性粘滞 流体 阻尼器 ， 采 用减震 控制设计技术将结构 设计 为消能减震 结构 体系 。这一措施不是 采用 加强 结构 的传统 设计 理念 来提 高
某 钢 筋 混凝 土 框 架 结 构 地 震 响 应 弹 塑 性 时 程 分 析
尹万云 ， 刘祖 国 ， 刘守城 ， 缪志伟
（ １ ． 中国十七 冶集 团有 限公 司 ， 安徽 马鞍 山 ２ ４ ３ ０ ０ ０； ２ ． 东南 大学 土 木工程 学 院 ， 江 苏南 京 ２ １ ０ ０ ９ ６ ）