维普资讯 http://www.cqvip.com ・９２・ 第３４卷第９期 ２ ０ ０ ８年３月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖ０１．３４ Ｎｏ．９ Ｍａｒ． ２００８ ・结构・抗震・ 文章编号：１００９—６８２５（２００８）０９．００９２．０２ 某超限高层框支剪力墙结构减震分析 陈泽钊 摘要：针对某超限高层框支剪力墙结构进行减震分析，比较了在常遇和罕遇地震下阻尼器的减震性能，并使用ＥＴＡＢＳ 和ＡＢＡＱＵＳ软件进行包含阻尼单元的整体动力弹塑性分析，初步分析结果表明阻尼器的减震效果是明显的，分析方法 可供设计人员参考。 关键词：减震分析，框支剪力墙结构，阻尼器，弹塑性分析 中图分类号：ＴＵ３５２．１１ 文献标识码：Ａ 。 对高层建筑和高耸结构来说，水平荷载是主要荷载之一，并 且往往起着控制作用。随着高层建筑和高耸结构高度和高宽比 的增大以及轻质高强材料的使用，其刚度和阻尼不断降低，在强 烈地震荷载作用下，结构物的动力反应强烈，很难满足结构舒适 性和安全性的要求ｌ 。 消能减震技术是突破传统抗震设计方法并有效地改善结构 图２第十层平面 抗震性能、减小地震反应的一项新技术。从２０世纪７０年代起， ２分析计算方法 在国内外学者的努力下，关于消能部件的理论和实验研究已经很 消能减震结构在常遇地震下验算可采用反应谱法和动力时 深入，尤其是结合大型通用有限元软件的仿真计算技术的突破， 程分析方法，消能减震结构在罕遇地震下验算宜采用静力弹塑性 为消能减震技术进一步广泛应用到实际工程尤其是高层建筑奠 分析法或弹塑性动力时程分析法 』。由于阻尼器消能减震过程 定了良好的基础。 ． 是非线性滞回过程，采用动力时程分析方法更合理。 １ 工程概况 １．１ 结构布置 该工程位于７度区，场地土Ⅱ类，４层地下室深约１４ ｍ，地上 设５层裙房，主楼总层数为４５层，檐口高度约１７８ ｍ。地面６层 时程分析方法建立在动力方程的基础上，动力平衡方程形式 如下： Ｍｕ（ｔ）＋Ｃ （ｔ）＋Ｋｕ（ｔ）＝Ｆ（ｔ）。 其中，ｔ为时间；Ｋ为刚度矩阵；Ｃ为阻尼矩阵；Ｍ为对角质 分别为结构的位移、速度和加速度；Ｆ为施加的 采用框支剪力墙结构，７层～４５层采用纯剪力墙结构，结构体系 量矩阵；“，厶， 较为复杂，结构抗侧力刚度变化较大。虽然抗震计算基本满足设 荷载。计规范对水平承载力的要求，但由于结构有明显薄弱层，因此加 计算采用的常遇地震场地波如图３所示，罕遇地震ＥＬ Ｃｅｎ— ｒｏ波如图４所示。阻尼器采用流体粘滞速度相关型阻尼器，规 设被动控制装置，提高结构安全储备。结构长１０３ ｍ，宽２８ ｍ，高 ｔ格为：Ｃ＝１ ０００ ｋＮ・ｓ／ｍ，ａ＝０．１５，其中，Ｃ为阻尼系数；ａ为阻尼 宽比为６．３５。 １．２ 阻尼器布置 器的阻尼指数。常遇地震验算使用ＥＴＡＢＳ计算，罕遇地震验算 梁柱采用空间杆件模型，剪力墙采用弹塑性 结构平面形状为小角度圆弧形，ｙ向为弱向，因此沿径向在 采用ＡＢＡＱＵＳ计算，损伤模型，时程分析采用显式的直接积分方法。阻尼器模拟均使 轴①和轴②处布置阻尼器，共计３０个。如图１，图２所示。 用ＥＴＡＢＳ和ＡＢＡＱＵＳ自带的阻尼单元。阻尼器计算模型的非 线性力一变形关系如下： ｆ＝ｋｄｋ＝ｃ 。 其中，ｋ为弹簧刚度；ｃ为阻尼系数；ａ为阻尼指数； 为阻尼 器的变形；ｄｃ为阻尼器的变形速度。 图１第三层平面 ３地震作用下消能减震计算 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｉｔｙ ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｕｒｂａｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ＱｉＵ Ｙｏｎｇ．１ｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｄｉｓｃｕｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｐｉｌｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｃｉｔｙ ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｉｔｙ ｐｌａｎｎｉｎｇ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ— ｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｉｔｙ ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｕｒｂａｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ａｎｄ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｓｏｍｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ａｍｅｌｉｏｒａｔｅ ｔｈｅ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ｏｆ ａ ｃｉｔｙ，ｉｎ ｏｒ— ｄｅｒ ｔｏ ｐｒｏｍｏｔｅ ｕｒｂａｎ ｔａｓｔｅ ａｎｄ ｃｒｅａｔｅ ｃｉｖｉｌｉｚｅｄ ｃｉｔｉｓ．ｅ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｉｔｙ ｐｌａｎｎｉｇ，ｕｎｒｂａｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅＳＯｕｒＣｅｓ 收稿日期：２００７—１１—２３ 作者简介：陈泽钊（１９８１一），男，广东工业大学硕士研究生，广东广州５１０００６ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３４卷第９期 ２ ０ ０ ８年３月 陈泽钊：某超限高层框支剪力墙结构减震分析 ・９３・ 经过优化布置，全楼设置３０个阻尼器。对有阻尼器和无阻 尼器两种情况下的模型进行计算分析。 ３００ ２ｏ０ 表１ 无阻尼器结构和有阻尼器结构的前９阶周期和模态 周期阶数 １ ２ 无阻尼器结构 ３．３０ ２ ９９ ２．４６ ０．６６ ０ ６０ ０ ５３ ０．３１ ０．２４ ０．２１ 有阻尼器结构 ３．３０ ２．９９ ２．４６ ０．６６ ０．６０ ０．５３ ０．３１ ０．２４ ０．２１ 变化值 ０．００ ０．００ ０．００ ０．００ ０．００ ０．００ ０．００ ０．００ ０．００ 描述 ｙ向平动 ｘ向平动 ｚ向扭转 ｘ向平动 ｙ向平动 ｚ向扭转 ｘ向平动 ｙ向平动 ｚ向扭转 １００ 。 ０ １０ｏ － ．Ｉ－． ＿ＬＪＩ．Ｉ Ｉｊ。山一 ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ２０ｏ ］ｒＩ啊’ １ － Ｉ－Ｉ１’ 一 ２ｏ０ ４０Ｏ ６００ ８００ ｌ ｅ１）０ ３００ ０ 图３场地波 ４ｏＯ ３００ ２ｏ０ １０ｏ ０ １０ｏ ２０ｏ ３．４ 阻尼器对相邻构件的内力影响 如表２所示为和阻尼器相连的第３层柱及该层剪力墙在常 遇地震下结构内力变化。从表２可以看出，结构在阻尼器作用下， 叫Ｉ ２０ｏ ４０Ｏ ６００ ８００ １ ｅ１）０ 构件剪力、弯矩、轴力均减小，阻尼器对单个构件内力影响明显。 表２常遇地震下结构构件内力变化 结构类型 柱 剪力墙 ３００ ０ 图４ ＥＬＣｅｎｔｒｏ波 ３．１楼层剪力计算 从常遇地震场地波及大震下ＥＬ Ｃｅｎｔｅ波作用下楼层ｙ向 ｒ剪力计算结果可以看出，设置阻尼器后，楼层剪力有较明显的减 加阻尼单元后为３０ ８４５ ｌ ，减少了１０％。在罕遇地震场地波作用 减少了１７％。 轴力 ｙ一剪力 ５２ 有阻尼器结构 ９１８ ２７ 减幅／％ １４ ４９ 无阻尼器结构 １ ０６６ 弯矩 轴力 作用面剪力 作用面弯矩 ６ ２ ２（】 ４７３ ３ ０７７ １２０ ５ ７４３ ３４４ ２ ４６４ １４ ８ ２８ ２０ １３８ 小。在常遇地震场地波作用下，原模型ｙ向基底剪力３４ ３８４ ｌ ， ４结语 １）阻尼器可耗散部分地震能量，降低结构的地震反应，因此， 下，原模型ｙ向基底剪力２５５ ９２７ ｋＮ，加阻尼单元后为２１２ ７６０ ｋＮ， 消能减震结构的安全储备应比非消能减震结构有所提高。 ２）阻尼器的布置对其作用发挥有影响，应该布置在相对楼层 位移较大的地方，对于有扭转的结构，应根据地震作用下结构扭 ３．２位移计算 在小震场地波及大震ＥＬ Ｃｅｎｔｒｏ波作用下楼层ｙ向层间位 转的情况不对称设置抗扭转的阻尼器。阻尼器的合理布置，一般 移计算结果见图５，图６。可以看出，设置阻尼器后，楼层层间位 需有一个试算调整过程。本工程阻尼器布置基本合理，没有因为 移有较明显的减小。 ５０ ４５ 柏 ３５ 布置阻尼器引起扭转产生的剪力。 ５０ ３）加设阻尼器后，墙、柱内力均有不同程度的减小，达到预期 效果。 ４５ ４０ ３５ ４）对框支剪力墙结构，由于存在明显薄弱层，通过合理布置 阻尼器，可减小结构变形，减小层间位移，减小框支层剪力。 参考文献： ３０ ２５ ２０ ｌ５ ｌ（】 ５ ０ 蹬３０ 整２５ ２０ １５ １０ ５ ０ ［１］ＧＢ ５００１１－２００１，建筑抗震设计规范［Ｓ］． ［２］李爱群，张志强，徐庆阳 建筑减震粘滞阻尼器工程应用新进 展［Ｊ］．建筑结构，２００６，３６（ｓｕｐ）：６７ ６８． ［３］王翠坤，赵鹏飞．深圳大梅沙酒店模型振动台试验及减震阻尼 器设计研究［Ｊ］．建筑结构，２００６，３６（ｓｕｐ）：７３—７４． ． 图５ 常遇地震下层间位移 图６ 罕遇地震下层间位移 ［４］阴 毅，周 云，梅力彪．潮汕星河大厦结构消能减震有限元 ３．３结构动力特性 时程分析［Ｊ］．工程抗震与加固改造，２００５（６）：８９—９０． 如表１所示为无阻尼器结构和有阻尼器结构的前９阶周期 ［５］周 云．粘弹性阻尼减震结构设计［Ｍ］．武汉：武汉理工大学 和模态。从表１可以看出，结构在液压油阻尼器作用下，各阶模 出版社．２００６． 态没有发生变化，说明阻尼单元设置合理，因为液压油阻尼器是 ［６］张卫勇．工程结构消能减震体系的基本原理与应用［Ｊ］．山西 速度相关型阻尼器，模态分析不改变结构刚度。 建筑，２００４，３０（７）：２１—２３． Ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｏｖｅｒｒｕｎ ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ ｆｒａｍｅ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｓｈｅａｒ ｗａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＣＨＥＮＺｅ－ｚｈａｏ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｐａｐｅｒ ｃａｒｒｉｅｓ ｏｕｔ ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｏｖｅｒｒｕｎ ｈｉｇｈ—ｒｉｓｅ ｆｒａｍｅ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｓｈｅａｒ ｗａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｏｏｍ— ｐａｒｅｓ ｔｈｅ ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｄａｍｐｅｒ Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｂｅｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ ｓｕｆｆｅｒｅｄ ｆｒｏｍ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈａｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｅｏｎｄｉ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｂｅｉｎｇ ｒａｒｅｌｙ ｓｕｆｆｅｒｅｄ ｆｒｏｍ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ，ｃａｒｒｉｅｓ ｏｕｔ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎｄ ｅｌａｓｔｉｃ—ｐｌｓｔｉａｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｄａｍｐｅｒ ｕｎｉｔ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＥＴＡＢＳ ａｎｄ ＡＢＡＱＵＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄ ｓｈｏｗｓ ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄａｍｐｅｒ ｉｓ ｏｂｖｉｏｕｓ，ｗｈｉｃｈ ｔＯ ｏｆｆｅｒ ａ ｒｅｆｅｒ— ｅｎｃｅｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ． ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｂｉｇ ａｎａｌｎｙｓｉｓ，ｆｒａｍｅ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｓｈｅａｒ ｗａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｄａｍｐｅｒ，ｅｌａｓｔｉｃ—ｐｌａｓｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ
