阻尼比对消能减震结构最小地震剪力系数影响研究.doc

1、1阻尼比对消能减震结构最小地震剪力系数影响研究摘要：通过对钢框架-混凝土核心筒消能减震结构进行多遇地震作用下的非线性时程分析，分析了阻尼比对消能减震结构位移、剪力及剪重比的影响，研究结果表明：消能减震结构可对建筑物在地震作用中的反应进行有效控制，结构提高了结构的安全性能，但是同时会使结构的楼层剪力减小，使结构的剪力系数达不到规范的要求；建议规范适当降低消能结构最小剪力系数要求。 关键词：地震剪力系数；阻尼比；消能减震；地震反应 Abstract: Based on the steel frame-concrete core energy dissipation is analyzed with

2、 nonlinear process under the action of earthquake isolation structure, analysis of the damping ratio on the energy dissipation and damping structure displacement, shear and shear effects of weight ratio, results show that: the energy dissipation structure can effectively control the seismic response

3、 of buildings in the the structure, improves the safety performance of the structure, but also can make the floor shear structure is reduced, so that the coefficient of shear structure is not up to standard requirements; suggestions for the appropriate to reduce the energy dissipation structure mini

4、mum shear coefficient. 2Key words: seismic shear modulus; damping ratio; energy dissipation; seismic response 中图分类号:TU352.1 文献标识码:A 文章编号 引 言 最小剪力系数是抗震设计中非常重要的参数，其是指结构任一楼层的水平地震剪力与重力荷载代表值的比值。规范之所以规定最小剪力系数，主要是由于长期以来，传统的模拟式强震仪频率特性的限制，以及大震级地震发生的几率较小，记录到的长周期地震动时程不多，对反应谱长周期段的可靠性没有把握1 2。用振型分解反应谱法计算出来的水平地震作用

5、下结构的效应可能太小。因此，要求结构承担必要的、最低限度的地震力以保证结构安全， 建筑抗震设计规范 （以下简称抗震规范规定了各楼层水平地震剪力最小值的要求3。 消能减震结构通过增设阻尼器来达到减小结构地震反应的目的4 。 抗震规范规定的最小剪力系数仅与结构的周期及地震烈度（地震影响系数最大值）有关，与结构的阻尼比无关5。当结构中采用消能减震技术，由于消能减震装置的附加阻尼耗能，使结构的楼层剪力可能会减小，可能使结构的剪重比不能满足规范要求，如进一步提高结构刚度，则代价大大增加或使结构设计变得不合理，从而使消能减震结构的应用受到限制。为此，本文采用 ETABS 软件对一钢框架-混凝土核心筒消能减

6、震结构进行多遇地震作用下动力时程反应分析，通过对消能减震结构与3原结构的位移、基底剪力、剪重比进行对比分析，研究了阻尼比对消能减震结构抗震性能的影响，探讨了消能减震结构剪重比限值要求降低的可行性。 1 模型概况 该建筑共 40 层，层高均为 3m。结构的外框架由钢柱和钢梁构成，中部为钢筋混凝土和核心筒；模型中主要构件的截面尺寸见表 2；剪力墙强度等级为 C40; 钢柱和钢梁强度等级等级为 Q345；楼板混凝土强度等及为 C30。该模型所处建筑场地类别为类，抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度为 0.15g，结构阻尼比为 0.04，本文选取结构 Y 向为研究对象。选取 1 条人工波和 2

7、条实际地震波对结构进行动力时程分析。 图 1 结构平面图 2 阻尼器的布置及阻尼器参数 本文分别选择速度相关型阻尼器（黏滞阻尼器）和位移相关型阻尼器（金属阻尼器）各一种进行对比分析。采用均匀布置阻尼器的方式，阻尼器布置在外框架柱轴线 25 和轴线 B-D，见图 1。 黏滞阻尼器 本文预计取结构的期望附加等效比分别为 5%、10%、15%、20%(简称B1、B2、B3、B4)的工况进行分析，经过几次试算，即可得到要达到期望附加等效阻尼比所需要的实际阻尼器参数，见表 1。 表 1 黏滞阻尼器参数表 42.2 金属阻尼器 分别预设附加等效阻尼比为 2%、3%、4%、5% (简称 C1、C2、C3、C

8、4)对结构进行试算，得到的阻尼器参数见表 2。 表 2 金属阻尼器参数表 3 消能结构减震效果分析 3.1 结构位移分析 本节仅给出 chy102 波作用下的分析结果。各方案的结构层间位移角见图 2 所示。结构顶层位移峰值对比见表 3，本文符号 A 均表示原结构。由图表可知，随着附加阻尼比的增加，结构位移一直保持减小的趋势。对于黏滞阻尼减震结构，位移减幅可达 49%81%；对于金属耗能减震结构，位移减幅可达 32%49。可见，消能减震结构可有效减小结构的位移，提高了结构的安全性能。 表 3 结构顶层位移峰值对比 (mm) 图 2 结构层间位移角对比 3.2 结构剪力、剪重比分析 5图 3 结构

9、楼层剪力对比 图 4 结构剪重比对比 图 3、4 为各方案结构楼层剪力、剪重比对比，表 4 为结构基底剪力、基底剪重比对比。由图表可见，对于黏滞阻尼减震结构，随着附加阻尼比的增加，楼层剪力、剪重比减小，但当附加阻尼比增加到 20%时，剪重比不再减小，反而增大，剪力（剪重比）减小幅度达范围为 37%55%；对于金属耗能减震结构，随着阻尼比的增大，剪力、剪重比无规律变化，但均比原结构要小，剪力降低率变化范围为 15%5%；减震结构的剪重比均小于规范 0.024 要求的，由上文可知，减震结构可有效减小结构的位移，提高结构的安全性能，但同时由于结构的地震反应被阻尼器耗散，使得结构所承受到的地震剪力减小

10、，从而使减震结构的剪重比减小，此时若按普通结构的剪重比限值来要求减震结构，这将会限值其在工程上的应用。 表 4 基底剪力、剪重比对比 3、结论 对不同阻尼比情况下装有不同阻尼器类型的减震结构进行多遇地震作用非线性时程分析，通过与普通结构进行对比，得到以下结论： 6（1）消能减震结构可有效减小结构的位移、剪力反应，提高了结构的安全性。 （2）对于黏滞阻尼减震结构，随着阻尼比的增加，剪重比减小，但当阻尼比增加到 20%时，剪重比不再减小，甚至开始增大，剪重比变化范围为 37%55%；对于金属耗能减震结构，随着阻尼比的增大，剪重比无规律变化，但均比原结构要小，剪重比变化范围为 15%5%。 （3）建议规范适当降低消能结构剪重比限值要求。 参考文献 1王亚勇. 关于设计反应谱、时程法和能量方法的探讨J.建筑结构学报.2000,1(21)21-28 2王亚勇.关于建筑抗震设计最小地震剪力系数的讨论J.建筑结构学报，2013，2(34):3744 3GB 50011-2010 建筑抗震设计规范S.北京：中国建筑工业出版社，2010 4周云, 徐彤. 耗能减震技术的回顾与前瞻J.力学与实践. 1999, 22(5) : 1-7. 5汪大绥, 周建龙, 姜文伟, 等. 超高层结构地震剪力系数限值研究J.建筑结构，2012, 42 (5):24-27.