1、1粘滞型消能支撑的布置对复杂高层塔式结构抗震控制的影响摘要：本文以法门寺双手合十塔为模型，取其一榀研究，分别在一榀结构中高位连接处，桁肢转换出增设粘滞型消能支撑，通过对比加入消能支撑后对结构在罕遇地震作用下的极限位移、层间位移角、基地剪力，得出消能支撑布置的位置对复杂高层塔式结构抗震控制的影响，本文利用有限元软件 SAP2000 进行分析，采用非线性时程分析法，结果表明，粘滞型消能支撑在结构桁肢转换部位增设消能支撑效果优于在高位连接处的效果，可以为今后的工程实践做出有利的参考。 关键词：粘滞型消能支撑；复杂高塔结构；时程分析 ；SAP2000 中图分号：文献标志码： 文章编号： Viscous
2、 Energy Dissipation Type Support for Complex High-rise Tower Structure to the Layout of the Seismic Control Effects WEI Jing (School of Architecture and Civil Engineering, Xian University of Science and Technology, Xian, Shanxi 710054, China) Abstract：In this paper，taking Famen Temple hands tower mo
3、del，taking a study， junction in a structure high，truss 2limb conversion added viscous energy dissipation brace，by contrast with energy dissipation brace on the structure under seldom occurred earthquake under the limit displacement，interstory drift，base shear，draw energy dissipation brace position o
4、n the effects of complex high-rise tower structure control，this paper uses the finite element software SAP2000 to analysis，nonlinear time-history analysis，results show that，in the structure can support truss limb conversion part of adding energy-dissipation brace is better than the connection effect
5、 in high viscous dissipation，can make a beneficial reference for the future engineering practice. Keywords：Energy-dissipation braced；High-rise tower complex structure；Time history analysis；SAP2000 1 粘滞型阻尼器 粘滞阻尼器是由流体、活塞和缸体组成，在缸体之中充满粘滞流体（如硅油等） 。活塞可以在缸体之中往复运动，活塞上设有小孔，在地震或风荷载作用下，粘滞流体阻尼器中与结构共同工作的导杆受力，推动活
6、塞往复运动，使活塞两边的粘滞流体阻尼介质产生力差，从而产生阻尼力，使结构达到消能减震的目的。 3日本学者和美国学者对粘滞消能支撑进行了非常多的理论和试验研究。试验结果表明：当其中粘滞型阻尼器变化较慢，即振动频率较小时，粘滞型阻尼器只有纯粘滞性质；而当振动频率较大时，粘滞型阻尼器还有一定的刚度。对于粘滞型阻尼器其计算的基本模型如下式： 式中：弹簧常数； 阻尼系数； 在阻尼器的变形； 在阻尼器的变形速度； 阻尼指数，阻尼指数必须是正值，并且取值范围一般在 0.22.0之间。 当 m=1 时，阻尼力与速度成线性关系，成为线性粘滞阻尼；当 m1时，称为非线性粘滞阻尼；当 m1 时，称为超线性粘滞阻尼。
7、当 m1时，阻尼力在速度较小的时候增大很快，随着速度的增加阻尼力的增长便变的缓慢；当 m1 时，情况正好完全相反，阻尼力在速度很小时不大，但当速度较大时其值增长很快，Housner 等学者认为对于大多数的粘滞型阻尼器，m 的值应介于 0.30.75 之间。 表 1 阻尼器参数 2 工程实例特点 4结构体系主要特点：（1）主塔为对称双塔结构，底层为大框架，2层为框支转换结构，2 层以上为折线型双塔；（2）5 层是重要的转换层，通过桁架转换支撑唐塔，5 层以上双塔完全分开，形成倾斜弯折的悬臂结构；（3）该塔正立面外倾内收，竖向往复悬挑不规则，东西立面三次弯折，沿高度方向变化大，转换节点繁多，楼面层
8、高过大，构件长度变化较多，质量、刚度分布极不均匀；（4）主塔两端对称布置钢骨混凝土筒体，作承重结构兼垂直交通，内置钢骨混凝土柱，钢骨混凝土剪力墙斜向布置，倾斜悬挑幅度大，且在多处形成拐点。 （5）竖向力的传递通过水平构件多次转换实现。主塔顶部采用刚接桁架连接，与其连接的主塔梁柱采用钢骨梁和钢骨柱，连体属于高位连接，其连体部位结构受力性能复杂。 由于原结构的复杂性，本文只取原结构的一榀进行研究，主要在结构高位连接处和桁肢转换处两处结构的薄弱部位增设消能支撑，消能支撑的布置并不影响原结构的各项使用功能。 图 1 高位连接处增设消能支撑 图 2 桁肢转换处增设消能支撑 3 非线性时程分析地震波选取和
9、相关设计参数取值 由于本工程处于二类场地，为了更好的反应消能支撑对罕遇地震的控制作用，本文选取 ELCENTRO、TAFT 和唐山波三种适用于二类场地的波形进行结构非线性分析。 （1）ELCNENTRO 波(N-S 方向) 5ELCNENTRO 南北波是 1940 年美国发生的 M=6.4 级地震，最大烈度 9度，最大峰值加速度 341.7Ga，持续时间 40s，时间间隔 0.02s，适用与类场地。 （2）塔夫特(TAFT)波 TAFT 波是 1952 年美国发生的 M=7.7 级地震，最大烈度为 9 度，最大峰值加速度为 1527Ga，持续时间 40s，时间间隔 0.02s，适用与类场地。（
10、3）唐山波 唐山波是 1976 年河北省唐山市发生的 M=7.8 级地震，最大烈度为 9度，最大峰值加速度为 55.49Ga，持续时间 40s，时间间隔 0.01s，适用与类场地。 本结构设计的相关参数见表 表 2 结构设计相关参数 4 非线性时程分析计算结果 分别比较三种结构下的极限位移，其中 a 结构为原结构，b 结构为高位连接部位增设消能支撑结构，c 结构为桁肢转换部位增设消能支撑结构，以下是三种结构的极限位移及层间位移角的对比情况： （1）极限位移对比 6图 3 ELCENTRO 极限位移对比 图 4 TAFT 极限位移对比 图 5 唐山波极限位移对比 由以上图可以看出： ELCENT
11、RO 作用下，原结构极限位移为 136.74mm；高位连接处增设消能支撑后结构极限位移为 121.36mm，对原结构极限位移的控制达到 11.2%；桁肢转换部分增设消能支撑后结构极限位移为 73.56mm，对原结构极限位移的控制达到 46.2%。 TAFT 作用下，原结构极限位移为 149.67mm；高位连接处增设消能支撑后结构极限位移为 140.51mm，对原结构极限位移的控制达到 6.1%；桁肢转换部分增设消能支撑后结构极限位移为 100.71mm，对原结构极限位移的控制达到 32.7%。 唐山波作用下，原结构极限位移为 267.92mm；高位连接处增设消能支撑后结构极限位移为 253.8
12、9mm，对原结构极限位移的控制达到 5.2%；桁肢转换部分增设消能支撑后结构极限位移为 119.77mm，对原结构极限位移的控制达到 55.2%。 （2）层间位移角对比 7图 6 ELCENTRO 层间位移角对比 图 7 TAFT 层间位移角对比 图 8 唐山波层间位移角对比 由以上图表可以看出： ELCENTRO 作用下，原结构最大层间位移角为 1/514；高位连接处增设消能支撑后结构最大层间位移角为 1/562，对原结构最大层间位移角的控制达到 8.5%；桁肢转换部分增设消能支撑后结构最大层间位移角为1/977，对原结构最大层间位移角的控制达到 47.4%。 TAFT 作用下，原结构最大层
13、间位移角为 1/470；高位连接处增设消能支撑后结构最大层间位移角为 1/495，对原结构最大层间位移角的控制达到 5.03%；桁肢转换部分增设消能支撑后结构最大层间位移角为1/579，对原结构最大层间位移角的控制达到 18.8%。 唐山波作用下，原结构最大层间位移角为 1/260；高位连接处增设消能支撑后结构最大层间位移角为 1/280，对原结构最大层间位移角的控制达到 7.1%；桁肢转换部分增设消能支撑后结构最大层间位移角为1/583，对原结构最大层间位移角的控制达到 55.4%。 （3）基地剪力对比 8表 3 基地剪力对比 由上表可以看出： 在 ELCENTRO 作用下，在高位连接部分增
14、设消能支撑对原结构基地剪力的控制达到 2.2%；在桁肢转换部分增设消能支撑后对原结构基地剪力的控制达到 23%。 在 TAFT 作用下，在高位连接部分增设消能支撑对原结构基地剪力的控制达到 13.3%；在桁肢转换部分增设消能支撑后对原结构基地剪力的控制达到 24.9%。 在唐山波作用下，在高位连接部分增设消能支撑对原结构基地剪力的控制达到 17.1%；在桁肢转换部分增设消能支撑后对原结构基地剪力的控制达到 35.9%。 5 结论 （1）通过比较在三种地震波作用下加入消能支撑后的指标，可以得出，消能支撑在罕遇地震作用下能够起到很好的耗散地震能量的作用。 （2）结构的高位连接部位和桁肢转换部位同属
15、结构的薄弱部位，但是在不同部位加入消能支撑后对结构的抗震控制有不同的作用，通过数据比较，可以得出在结构的桁肢转换部位加入消能支撑后，对于结构的抗震控制能够起到更明显的作用。 （3）在桁肢转换部位加入消能支撑的结果优于结构高位连接部位的原因在于：结构桁肢转换部位受力更加复杂，结构上部荷载通过桁架传9递给地基，如果在桁肢转换部位不能有效的抵消能量，则在地震波作用下，结构在桁肢转换的地方最容易先发生破坏，所以在桁肢转换的地方结构应当得到适当的加强，加入消能支撑可以很好的起到这个作用。 参考文献 1姚谦峰，苏三庆.地震工程M.西安：陕西科学技术出版社 2鲍丽媛.复杂高层塔式结构的地震反应分析.西安科技
16、大学硕士论文，2002 3鲍丽媛，苏三庆，侯俊峰，聂磊.法门寺合十舍利塔结构设计与分析.西安科技大学学报，2010.3 4中华人民共和国建设部 JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程.北京：中国建筑工业出版社，2010 5中华人民共和国建设部 GB50011-2010 建筑抗震设计规范.北京：中国建筑工业出版社，2010 6胡侃，周颖，吕西林，韩建平.法门寺合十舍利塔弹性时程分析及试验验证.结构工程师，2008(2) 7吕西林.超限高层建筑工程抗震设计指南.上海：同济大学出版社，2005. 8郭安薪，李惠，欧进萍等.广畅国际大厦磁流变和粘滞阻尼器抗震分析J.世界地震工程，2003，19(4):45-50. 9汤昱川，张玉良，张铜生.粘滞阻尼器减震结构的非线性动力分析J.工程力学，2004，21(1): 67-71.
