附加粘弹性阻尼墙结构设计应用

江苏建筑　２０１２年第２期（总第１４７期）　５１　附加粘弹性阻尼墙结构设计应用　张伟　Ｉ南京长江都市建筑设计有限公司，南京江苏２１０００２）　【摘　要】４，Ｉ用结构设计软件Ｅｔａｂｓ对某部委全钢结构的办公大楼进行分析。原结构采用框架偏心支撑体系，有控结构则　以粘弹性阻尼墙取代部分支撑，对２种结构体系在各种地震加速度峰值作　下的各项性能指标进行分析比较，得出结论：粘　弹性阻尼墙可以有效减小结构的地震反应，提高了结构的抗震性能，且满足规范的各项要求。　［关键词］　粘弹性阻尼墙；钢结构；分析比较；抗震性能　［中图分类号】Ｔｕ３１３．１　【文献标识码］Ｂ［文章￣－］１００５—６２７０（２０１２）０２—００５１－０３　Ｄｅｓｉｇｎ　ＡｐＨｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｔｕｃｔｕｒｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　Ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ　Ｄａｍｐｉｎｇ　Ｗａｌｌｓ　ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｉ　（Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｕｒｂａｎ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２１０００２　Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｏｍｅ　ａｌｌ　ｓｔｅｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆｉｆｃｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｅｔａｂｓ．Ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｕｓｅｓ　ｆｒａｍｅ　ｂｉａｓ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｓｏｍｅ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｉｓ　ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ　ｄａｍｐｉｎｇ　ｗａｌ１．ｃａｒｉｒｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｓｙｓ—　ｔｅｍｓ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　ｐｅａｋ　ｖａｌｕｅｓ，ｄｒａｗｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ：Ｔｈｅ　ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ　ｄａｍｐｉｎｇ　ｗａｌｌ　ｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ’Ｓ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ，ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ’Ｓ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄ　ｓａｔｉｓｆｉｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｒｅｑｕｅｓｔｓ　ｏｆ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｖｉｓｃｏｕｓ　ｄａｍｐｉｎｇ　ｗａｌｌ；ｓｔｅｅｌ　ｓｔｕｒｃｔｕｒｅ；ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ；ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｐｅｒｆｏｒ－　ｍａｎ　Ｐ　１工程简介　　ｉＩ　：盂　ｒ　　ＩＩ　。　。一　本工程为北京某部委办公大楼，主体结构地下２层，地　Ｉ—　．．　Ｉ—ＩＩ　———一　———一　上１８层，纵向长度６０．９　ｍ，横向宽２８．２　ｍ，总高度约７５．９　ｍ。　　ＩＩ—　ＪＬ　—　由于受施工场地所限，上部采用钢框架支撑结构，地下２层　　Ｊ｜　ｌ—Ｉ　｛一　　Ｉ—　采用钢筋混凝土结构，为了满足建筑功能的要求在标高　　Ｉ】－●　孽　●．　－　一一２１．２５　ｍ处设置高位转换，采用钢桁架的形式转换。地震分　／　Ｉ　ｆ　／一　组为第一组，抗震设防烈度为８度（０．２０　ｇ），结构安全等级　为二级，抗震设防分类标准为丙类，Ⅱ类场地土，房屋长宽　图３　５层结构平面布置图（转换桁架所在层１　比、高宽比及高度均满足规范要求。图１～图７分别为该建　筑的层结构平面图，横向支撑设置在１轴、２轴、７轴、８轴　上的Ｃ轴与Ｄ轴之间，纵向支撑设置在Ｃ轴、Ｄ轴上的２　ｆ　辛　一－　—　１—　】●　＿●图４横向转换桁架图　：　：，　一　—　ＩＩ　＾１Ｉ　轴与３轴之间以及６轴与７轴之间。主要存在的问题有以　闷　－●　●　一　Ｉ　　Ｉ下几点：转换层在第５层，在８度区为高位转换；在底部大　一［收稿日￣］２０１１－１１－０４　［作者简介】张伟，￣０９７８－）南京长江都市建筑设计有限公司，硕士　图１　２层结构平面布置图　图２　４层结构平面布置图　工程师，一级注册结构工程师，从事建筑结构设计及抗震研究。　５２　ＳｘＧ１　Ｇ１　Ｓ）（Ｇｌ　。　江苏建筑　２０１２年第２期（总第１４７期）　向，非线性类型，刚度为２．５Ｅ７　ｋＮ／ｍ。阻尼为３．９Ｅ４　ｋＮ・ｓ／ｍ，　阻尼指数为１；线性弹簧参数为：Ｕ２方向，刚度为２．４５Ｅ５　ｋＮ／ｍ）。　百　色　园　２．２设计基本地震加速度作用下的计算分析　ＸＸＬ－Ｉ　图８～图９加速度峰值为２００　ｅｍ／ｓ　，分别输入唐山一北　２１７５　８７ｂ０　京波、ＥＩ　Ｃｅｎｔｒｏ波、人工波后，结构在横向（Ｙ向）的各层层　间位移的比较（粗线表示有控结构的反应）。图ｌ１～图ｌ３为　图５纵向转换桁架图　Ｉ＿　设计基本地震加速度作用下。分别输入地震波后各顶点加　速度的比较（粗线表示有控结构的反应）。表１为设计基本　１一　ｌ　－　●＿　＿　Ｉｌ　ｉ　ｌ　Ｉ　ｌｉｂ　ｊ　ｉ　　ｉｉ　地震加速度作用下。分别输入地震波后最大层间位移角比　较。表２为设计基本地震加速度作用下，分别输入地震波后　各楼层剪力。从图中比较可见与多遇地震作用下的情况相　似。位移减小不明显，但加速度和层间剪力减小明显，层间　剪力的比较可以得出结论减小最多的达到６９％，最少的也　Ｊ　ｌ　ＩＩ　｛　１Ｉ　一Ｉ　　＿ｌ　ｈ／ｘ　Ｉ：Ｊ。１ｉＩ广　　一＿，　　＿　，　Ｉ１Ｌ　　；　１．１　＿—。　ｌ　　Ｉｌ　Ｉ．　、　】．『　ｆ．．　－－－●　　ｉ●　－Ｉ１Ｉ　●　－　＿　ｉ　＿　＿　ｉ　一　●　图６标准层平面图（中部开洞）　Ｉ＿　　Ｉｉｌ　ｉ　ｉ　　—　Ｉ减小３０％．平均减少５４％。因此粘弹性阻尼墙在设计基本　地震加速度作用下减震效果也很明显。　一　一　：／　一　＿ｉ　．　●　－　．　ｉ　．　ｉ　＿＿　／　Ｉ　ｉＩ一　。　／　＿　＿　一。Ｉ　＾１　ｌ　＿　＿　Ｉ　—Ｘ＿‘　＿　ｌ一一　Ｉ－　ＩＩ　ｉ　／　。　／　一　ｉ　．Ｊ＿　Ｌ　Ｊ　１　．＿　＿一　＿　ｉ　－　Ｉ　ｉ　ｉ　　Ｉ／．．　一　厂一　图７标准层平面图　图８唐山波各层位移　空间部分，第４层局部开洞宽度比例超过５０％；群房与主体　图９　Ｅｌ波各层位移　结构成Ｌ形，存在较大的扭转问题。　在常规设计时．利用Ｅｔａｂｓ分析计算第４层为薄弱层，　其刚度（Ｘ向１　１９３６６２Ｎ／ｍｍ２。Ｙ向１　３３３７３８Ｎ／ｍｍ２）／］￣，于相邻　第３层的刚度（Ｘ向１　２３８６７４Ｎｈｎｍ２．Ｙ向１４４８　５８７Ｎ／ａｍ２ｒ）及　第５层的刚度（Ｘ向１　９２６　３６３　Ｎ／ｍｍ２，Ｙ向２　１＂４５　９１７　Ｎ／ａｒｍ２）。　２采用粘弹性阻尼墙的结构动力分析　图ｌ０人工波各层位移　图ｌ１唐山波顶点加速度　２．１　采用Ｓ　进行分析时对于转换部分分析达不到设计　要求。故使用ＥＴＡＢＳ建模分析，经分析桁架部分最大扰度　仅为３０　ｍｍ（Ｌ／６００）满足规范（／＿／４００）的要求。同时因为存　在指标超出规范的要求，所以用粘弹性阻尼墙取代部分支　撑改进结构的抗震性能．可以达到规范的要求。另外按照　《抗震设计规范》的要求采用ＳＡＰ２０００进行结构的弹塑性　时程分析。用时程分析法对结构进行地震效应分析时，需直　接输入地震波加速度时程曲线，本工程为Ⅱ类场地，故采用　了北京一唐山波、ＥＩ　Ｃｅｎｔｒｏ波、人工波。考虑多遇地震、设计　基本地震加速度及罕遇地震的作用，时程分析所用地震加　速度时程曲线的最大值分别采用７０　ｃｍ／ｓ２－，２００　ｃｍ／ｓ　及　波形　图１２　ＥＩ波顶点加速度　图１３人工波顶点加速度　表１基本地震加速度作用下最大层间位移角比较　多遇水平地震最大层间位移角　纵向（Ｘ向）　横向（Ｙ向）　４００　ｃｍ／ｓ２。将原设计中采用钢框架偏心支撑的结构称为原　结构。附加粘弹性阻尼墙的结构称为有控结构。粘弹性弹性　阻尼墙在５层～８层设置４块单元（４块３５０　ｍｍｘ３５０　ｍｍ，　阻尼器的参数为：Ｕ２方向．非线性类型．冈Ⅱ度为５Ｅ７　ｋＮ／ｍ，　注：括号内的数值为有控结构的位移角　２．３罕遇地震作用下的计算分析　表３为罕遇地震作用下，加速度峰值为４００　ｃｍ／ｓ２，分　别输入唐山一北京波、ＥＩ　Ｃｅｎｔｒｏ波、人工波后，最大层间位　阻尼为７．８Ｅ４　ｋＮ・ｓ／ｍ．阻尼指数为１；线性弹簧参数为：Ｕ２　方向。刚度为４．９Ｅ５　ｋＮ／ｍ）。在１层４层及９层～１８层设置　２块单元（２块３５０ｒａｍ￣３５０ｍｌＴ１．阻尼器的参数为：Ｕ２方　江苏建筑　２０１２年第２期（总第１４７期）　５３　表２　基本地震加速度作用下层间剪力　表３罕遇水平地震作用下最大层间位移角比较　不同地震波作用下原结构楼层剪力最大值／ｌ【Ｎ　罕遇水平地震最大层间位移角　楼层　唐山一北京波　ＥＩ　Ｃｅｎｔｒｏ　人工波　纵向（Ｘ向）　横向（Ｙ向）　纵向　横向　纵向　横向　纵向　横向　移角平均值比较。从表３中比较可知。原结构由于支撑刚度　较大，层间位移角和有控结构相近。满足规范关于消能减震　结构的层间弹塑性位移角框架结构限值１／８０。　综上所述．通过在不同加速度峰值的水平地震作用下　的计算分析比较，钢框架偏心支撑结构虽然具有较大刚度　以满足规范的各项指标。但是层间剪力相应比较大，同时层　间位移的曲折变化表明上述的结构体系的缺点存在较大的　影响。而附加了粘弹性阻尼墙的有控结构层间位移变化曲　线较光滑。层间剪力有较大减小。较好的减弱了上述缺点造　成的不利影响。提高了结构的抗震性能。　参考文献　［１】周锡元，吴育才．工程抗震的新发现【Ｍ】．北京：清华大学　出版社，暨南大学出版社。２００２：１３０—１３３．　『２１常业军．粘弹性阻尼器及消能减震结构的研究与应用　ｆＤ１。东南大学博士学位论文，２０ｏ３，３。　［３】周云，徐赵东，赵鸿铁．粘弹性阻尼结构的性能、分析方　法及工程应用『Ｊ］．地震工程与工程振动，１９９８（３）．　『４１欧进萍，邹向阳．高层钢结构粘弹性耗能减振试验与分　不同地震波作用下有控结构楼层剪力最大值／ｋＮ　析［Ｊ１．哈尔滨建筑大学学报，１９９９，１２（４）：１—６．　楼层　唐山一北京波　ＥＩ　Ｃｅｎｔｒｏ　人工波　［５】ＧＢ５００１１－２０１０建筑抗震设计规范［Ｓ】．中国建筑工业出　纵向　横向　纵向　横向　纵向　横向　版社．２０１０．　欢迎订阅２０　１　２　年《江苏建筑》杂志　全年订价５Ｏ元。