莫玉　陳婷婷　陳學(xué)昊

【摘 要】對(duì)粘滯阻尼器在框架結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了分析。首先對(duì)粘滯阻尼器的應(yīng)用原理探討，文章依托某項(xiàng)目實(shí)例為研究背景，對(duì)該方法的應(yīng)用過(guò)程進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】粘滯阻尼器; 框架結(jié)構(gòu); 減震設(shè)計(jì); 運(yùn)用

【中圖分類號(hào)】TU352.12【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

粘滯阻尼器是一種無(wú)剛度且和速度存在關(guān)系的阻尼器裝置，內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成比較簡(jiǎn)單，減震效果是非常好的，所以被廣泛的使用到土木工程抗震領(lǐng)域內(nèi)。粘滯阻尼器的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)快速的消耗大量的能量，避免地震產(chǎn)生過(guò)大的影響，能夠有效減少樓層層間的位移量。

粘滯阻尼器在發(fā)達(dá)國(guó)家中的發(fā)展已經(jīng)十分成熟，并且在建筑行業(yè)中也得到了廣泛地運(yùn)用。隨著社會(huì)科技的不斷發(fā)展，粘滯阻尼器技術(shù)的應(yīng)用效果越來(lái)越明顯，并且在吸能減震方面得到了良好的回應(yīng)。特別是在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，尤其是地震帶上的國(guó)家，例如美國(guó)，其最容易受到地震、颶風(fēng)等自然災(zāi)害，這無(wú)形中對(duì)建筑物傷害也是最大的，特別是在加州一帶，為了減少自然災(zāi)害對(duì)建筑物的損害，降低經(jīng)濟(jì)損失，因此，其在建筑項(xiàng)目中必須加入粘滯阻尼器，否則該建筑物將無(wú)法通過(guò)相關(guān)部門(mén)的審計(jì)，設(shè)計(jì)方案也獲取許可證，由此可見(jiàn)，粘滯阻尼器對(duì)建筑行業(yè)中起到了不可缺少的重要地位，在建筑行業(yè)中開(kāi)辟了一片新天地。

該裝置的安全性比較好，但是當(dāng)前的粘滯阻尼器在設(shè)計(jì)中依然有著明顯問(wèn)題無(wú)法解決。基于此，本文以某工程的減震設(shè)計(jì)作為出發(fā)點(diǎn)，希望通過(guò)分析可以提升粘滯阻尼器的減震性能，滿足現(xiàn)代化建筑應(yīng)用的需要。

1 粘滯阻尼器原理分析

粘滯液體阻尼器通常也被人們叫做是粘滯阻尼器，其內(nèi)部的組成很簡(jiǎn)單，主要是油缸、活塞、阻尼孔、活塞桿等，活塞的結(jié)構(gòu)部件直接在油缸中實(shí)現(xiàn)往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)設(shè)置的阻尼孔部分，就能夠在內(nèi)部形成比較多的阻尼材料的液體。油缸和活塞在保持運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，由于活塞中的結(jié)構(gòu)部件有較大的壓力差，就會(huì)使得阻尼材料實(shí)現(xiàn)聯(lián)合運(yùn)動(dòng)，然后就會(huì)產(chǎn)生比較多的阻尼力。粘滯阻尼器的工作原理就是在應(yīng)用中阻尼材料直接吸收振動(dòng)所形成的能量，然后可以消除能量的影響，能夠減少振動(dòng)的不良反應(yīng)，提升總體的應(yīng)用效果。阻尼器其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是阻尼器外滑套必須與建筑結(jié)構(gòu)的活動(dòng)端口連接在一起，而腔體端部需要與建筑物的的腔體部位連接在一起。當(dāng)阻尼器的外滑套一旦發(fā)生變動(dòng)時(shí)，則這個(gè)外滑套就會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移，與活塞桿向腔桿的內(nèi)軸運(yùn)動(dòng)，從而形成一個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的端點(diǎn)。阻尼器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)上的阻尼就會(huì)出現(xiàn)彈性膠體，接著就會(huì)產(chǎn)生巨大的阻抗力，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能，從而形成保護(hù)系統(tǒng)，有效地保護(hù)了結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

2 粘滯阻尼器的作用

很多建筑工程都引入了阻尼器，通過(guò)引用阻尼器可有效實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和抗震能力。如在軍事工程和抗爆工程中也引用了阻尼器。主要是通過(guò)若干個(gè)阻尼器安裝在結(jié)構(gòu)柱中，可以有效地提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震能力，從而提升建筑物的安全性。在阻尼器系統(tǒng)中，粘滯阻尼器是目前唯一具有抗震、減少建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生位移的裝置，但是在安裝過(guò)程中其安裝技術(shù)和工藝很重要，因此，在安裝過(guò)程中想確保其安裝的手段和位置的合理性，這樣才實(shí)現(xiàn)抗震效果。合理的安裝能夠確保粘滯阻尼器的作用如下：

（1）具有良好的抗地震抗狂風(fēng)的作用。

（2）用于大幅度鋼構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）用于超高層的鋼結(jié)構(gòu)建筑抗風(fēng)的TMD系統(tǒng)。

（4）用于建筑物基礎(chǔ)的隔振建筑結(jié)構(gòu)。

（5）用于大型精密設(shè)備實(shí)驗(yàn)室的減震。

（6）用于核電站、核島、機(jī)場(chǎng)指揮控制塔臺(tái)等重要建筑物。

（7）可以快速地將建筑工程中存在空隙的空間進(jìn)行閉合，提高建筑體的穩(wěn)固性。

（8）軍事工程、抗爆工程的建筑結(jié)構(gòu)加固。

3 工程概況

某工程為市重點(diǎn)工程，從設(shè)計(jì)方案分析發(fā)現(xiàn)，該建筑是框架結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)地震設(shè)防烈度是8度，地震分為第三組。結(jié)合該地區(qū)所設(shè)定的工程地震設(shè)防管理的標(biāo)準(zhǔn)和要求，該工程需要選擇應(yīng)用最佳的減震技術(shù)，應(yīng)用消能部件能夠減少地震造成的不利影響，以保證整體結(jié)構(gòu)安全的要求。

4 阻尼器參數(shù)及布置位置

4.1 附加有效阻尼比的計(jì)算

按GB 50011-2010（2016年版）《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)，下文中簡(jiǎn)稱《抗規(guī)》，《抗規(guī)》第 12.3.4 條明確規(guī)定了消能部件來(lái)確定阻尼比參數(shù)，設(shè)計(jì)計(jì)算公式如下所示：

ξ=ΣW/（4W） （1）

4.2 阻尼器布置原則及合理位置

阻尼器設(shè)定在相同的樓層結(jié)構(gòu)中，要按照均勻、分散、對(duì)稱等原則來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且需要確保各個(gè)阻尼器的設(shè)定間隔距離控制在合理的范圍內(nèi)，一般都要控制在60 m以下。豎向布置設(shè)計(jì)應(yīng)該達(dá)到連續(xù)、均勻的基本原則，在合理的設(shè)計(jì)之后可以保證其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加的安全與穩(wěn)定。按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，分析目前的建筑結(jié)構(gòu)的綜合性能，在該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中主要是布置有27個(gè)粘滯阻尼器的分布數(shù)量見(jiàn)表1。設(shè)計(jì)中，該方案的粘滯阻尼器的非線性變形關(guān)系按式（2）計(jì)算：

F=CV（2）

式中：C為阻尼系數(shù)，按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定;α為阻尼指數(shù)，按照設(shè)計(jì)方案的要求來(lái)進(jìn)行確定;V是結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度性能。

5 結(jié)構(gòu)抗震性能分析

5.1 結(jié)構(gòu)的減震目標(biāo)

綜合分析上文中的《抗規(guī)》以及JGJ 3-2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)教程》，下文簡(jiǎn)稱《高規(guī)》，分析其中所包含的內(nèi)容，能夠充分的了解到當(dāng)?shù)氐暮币?jiàn)地震發(fā)展情況，分析減震設(shè)計(jì)的目標(biāo)、粘滯阻尼器的結(jié)構(gòu)部件等方面，除了要達(dá)到建筑工程的安全性要求，還要了解其具體的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和要求，能夠達(dá)到建筑工程的使用標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 地震波的確定

結(jié)合上述國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和要求，進(jìn)行地震震動(dòng)分析與設(shè)計(jì)，應(yīng)該從振幅、頻譜特性、持時(shí)的角度出發(fā)，選擇其中的5條強(qiáng)震記錄與2條人工模擬加速曲線，以分析地震產(chǎn)生之后所形成的作用和效果，能夠更好的應(yīng)用抗震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式。

5.3 彈性時(shí)程分析

應(yīng)用ETABS 軟件系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行減震與非減震模型方面的彈性時(shí)程方面的分析，能夠綜合分析兩種結(jié)構(gòu)形式在地震發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的影響。在具體的設(shè)計(jì)中，主要是通過(guò)使用連接單元Damper 模擬粘滯阻尼器。

5.4 減震結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析

從地震的彈塑性的模型方面進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，這是非常重要的設(shè)計(jì)手段與方法，可以更好的保證當(dāng)前的抗震設(shè)計(jì)效果，所以被廣泛的使用到抗震設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)，產(chǎn)生非常好的效果。該工程在設(shè)計(jì)方案確定中，主要是通過(guò)SAP2000軟件實(shí)現(xiàn)減震系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模擬和分析，能夠保證設(shè)計(jì)效果。在設(shè)計(jì)中，主要是通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)連接單元Damper 模擬粘滯阻尼器。彈塑性時(shí)程分析的環(huán)節(jié)中，能夠在進(jìn)行彈性分析的條件之下應(yīng)用三條地震波進(jìn)行計(jì)算和分析。結(jié)合具體的規(guī)范要求和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，確定合理的地震波的調(diào)動(dòng)幅值參數(shù)。單向地震作用力的影響之下，地震波分別沿 X 向、Y 向輸入。按照《抗規(guī)》中的相應(yīng)條件，為了能夠使得抗震的作用和影響之下使得其結(jié)構(gòu)性能符合要求，能耗機(jī)制符合標(biāo)準(zhǔn)，在結(jié)構(gòu)允許的條件之下可以將其注入塑性部件，而結(jié)構(gòu)耗能與結(jié)構(gòu)出鉸狀況和出鉸順序都會(huì)存在直接的聯(lián)系。

6 粘滯阻尼器布置及其參數(shù)設(shè)計(jì)

通過(guò)合理的應(yīng)用耗能結(jié)構(gòu)部件來(lái)進(jìn)行建筑工程項(xiàng)目的減震加固設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)中主要是通過(guò)效能減震裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。在結(jié)構(gòu)減震加固設(shè)計(jì)中，要進(jìn)行地震的多重作用之下來(lái)進(jìn)行地震響應(yīng)分析。通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式能夠?qū)崿F(xiàn)層間角的偏移設(shè)計(jì)、樓板加速度設(shè)計(jì)、底部剪力等方面來(lái)開(kāi)展設(shè)計(jì)，可以保證阻尼器符合工程的使用要求，能夠滿足減震率的要求，能夠保證符合抗震標(biāo)準(zhǔn)，能夠明確具體的粘滯阻尼器數(shù)量以及位置。在設(shè)計(jì)方案確定之后，該工程中安裝了27個(gè)阻尼器裝置，主要是形成了消能的減震形式，該阻尼器中主要是在建筑工程的外圍結(jié)構(gòu)中布置相應(yīng)的四榀框架的結(jié)構(gòu)，在各層中都設(shè)置有該結(jié)構(gòu)。初步設(shè)計(jì)完成之后，要結(jié)合我國(guó)的當(dāng)前抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，能夠了解當(dāng)?shù)氐牡卣鸢l(fā)生實(shí)際情況，然后合理進(jìn)行地震操作變形的分析與驗(yàn)算。粘滯阻尼器在進(jìn)行技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)中，能夠了解具體的綜合減震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，了解具體的阻尼器中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所造成的影響，因此應(yīng)該實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的協(xié)調(diào)與分析設(shè)計(jì)，確保其減震響應(yīng)比較小，同時(shí)還能夠保證主體結(jié)構(gòu)在地震的作用之下所產(chǎn)生的底剪力相對(duì)較小，能夠在允許的范圍之內(nèi)，不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。在本次工程設(shè)計(jì)方案的確定中，通過(guò)模擬分析的方式，可以確定最佳的抗震結(jié)構(gòu)模型，確保其各項(xiàng)的抗震設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)的性能都能符合要求，符合具體的減震性能標(biāo)準(zhǔn)要求，且不會(huì)給整個(gè)結(jié)構(gòu)的性能產(chǎn)生不利的影響。

7 結(jié)論

粘滯阻尼器應(yīng)用到當(dāng)前的建筑工程中的減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，與傳統(tǒng)的抗震性能做出分析，能夠有著比較高的效果和性能。本文以實(shí)際案例展開(kāi)分析，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算，總體抗震效果比較好，產(chǎn)生非常高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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[定稿日期]2021-03-02

[基金項(xiàng)目]四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)科研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：KY2019-11）

[作者簡(jiǎn)介]莫玉（1990～），女，碩士，講師，主要從事建筑抗震及綠色建筑相關(guān)科研和教學(xué)工作。