一 減隔震技術(shù)應(yīng)用要求

根據(jù)《建設(shè)工程抗震管理?xiàng)l例》（以下簡(jiǎn)稱條例）第十六條要求，本項(xiàng)目屬于高烈度區(qū)的小學(xué)教學(xué)樓，《北京市人民政府辦公廳關(guān)于進(jìn)一步發(fā)展裝配式建筑的實(shí)施意見(jiàn)》中明確新立項(xiàng)政府投資的地上建筑面積3000平方米以上的新建建筑應(yīng)采用裝配式建筑，其中單體地上建筑面積1萬(wàn)平方米以上的新建公共建筑應(yīng)采用鋼結(jié)構(gòu)建筑。新建地上建筑面積2萬(wàn)平方米以上的保障性住房項(xiàng)目(包括公共租賃住房、共有產(chǎn)權(quán)住房和安置房，下同)應(yīng)采用裝配式建筑。所以本工程選擇鋼框架結(jié)構(gòu)，做減震。

二 工程概況

本工程位于北京市，總建筑面積3100㎡，地下一層，地上樓層數(shù)為4層，首層層高為5.4m外，其余樓層層高均為4.5m，建筑高度均為14.4m，三維模型圖詳見(jiàn)圖1。該結(jié)構(gòu)體系采用鋼框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)使用年限50年，安全等級(jí)為一級(jí)，重點(diǎn)設(shè)防類（乙類）。抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度峰值為0.20g，場(chǎng)地類別為II類場(chǎng)地，場(chǎng)地特征周期為0.40s，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，框架抗震等級(jí)為二級(jí)。

圖1三維模型圖

三 設(shè)計(jì)主要依據(jù)和資料

本工程減震設(shè)計(jì)所依據(jù)的主要規(guī)范、圖集如下：

1、《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB50223－2008）；

2、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009－2012）；

3、《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068－2018）；

4、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011－2010）（2016版）；

5、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010－2010）（2015版）；

6、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007－2011）；

7、《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015）；

8、《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》（GB55001－2021）;

9、《建筑與市政工程抗震通用規(guī)范》（GB55002－2021）;

10、《鋼結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》（GB55006－2021）;

11、《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》（JGJ297-2013）;

12、《建筑消能阻尼器》（JGT209-2012）;

13、《建設(shè)工程抗震管理?xiàng)l例》;

14、《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術(shù)導(dǎo)則》-送審稿。

四 阻尼器參數(shù)

本工程采用的是筒式粘滯型阻尼器，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1粘滯阻尼器技術(shù)參數(shù)

按照《建筑消能減震技術(shù)規(guī)程》、《建筑消能阻尼器》的要求，在不影響建筑效果及使用功能的前提下，通過(guò)方案對(duì)比，采用27個(gè)粘滯阻尼器，均勻布置于位移角較大的部位，其平面布置見(jiàn)圖2。其中1~3層，每層各布置9個(gè)阻尼器，X向布置4個(gè)，Y向布置4個(gè)，斜向布置1個(gè)。

圖2阻尼器布置圖

五 結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算軟件的選用

因?yàn)闇p震結(jié)構(gòu)屬于非比例阻尼系統(tǒng)，振型分解反應(yīng)譜法不太適用，所以選擇復(fù)振型分解反應(yīng)譜法。本工程根據(jù)《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術(shù)導(dǎo)則》-送審稿（下文簡(jiǎn)稱導(dǎo)則）要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，PKPM軟件可以較好的實(shí)現(xiàn)導(dǎo)則的設(shè)計(jì)要求，所以本工程采用PKPM2021版V1進(jìn)行減震結(jié)構(gòu)設(shè)防地震下的建模與分析設(shè)計(jì)。

六 減震分析

6.1

減震性能目標(biāo)的確定

本工程為學(xué)校為人員密集型建筑，屬于《導(dǎo)則》3.1.2條中的第II類建筑，設(shè)防地震下的性能目標(biāo)詳見(jiàn)圖3。

圖3設(shè)防地震下的性能目標(biāo)

關(guān)鍵構(gòu)件是指構(gòu)件的失效可能引起結(jié)構(gòu)的連續(xù)破壞或危及生命安全的嚴(yán)重破壞。普通豎向構(gòu)件是指關(guān)鍵構(gòu)件之外的豎向構(gòu)件；重要水平構(gòu)件是指關(guān)鍵構(gòu)件之外不宜提早屈服的水平構(gòu)件，包括對(duì)結(jié)構(gòu)整體性有較大影響的水平構(gòu)件、承受較大集中荷載的樓面梁（框架梁、抗震墻連梁）、承受豎向地震的懸臂梁，以及消能減震結(jié)構(gòu)中消能子結(jié)構(gòu)的框架梁等。普通水平構(gòu)件包括一般的框架梁、抗震墻連梁等。因?yàn)楸竟こ痰膶傩约啊秾?dǎo)則》性能化設(shè)計(jì)的要求，將消能子結(jié)構(gòu)的梁柱性能目標(biāo)為關(guān)鍵構(gòu)件，其他構(gòu)件均為普通豎向構(gòu)件和普通水平構(gòu)件，構(gòu)件屬性詳見(jiàn)圖4和圖5。

圖4梁性能目標(biāo)

圖5柱性能目標(biāo)

6.2

附加阻尼比的確定

本工程所用的附加阻尼比通過(guò)反應(yīng)譜迭代和時(shí)程分析得到的阻尼比作為參考，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)最終確定。反應(yīng)譜迭代計(jì)算軟件參數(shù)設(shè)置界面詳見(jiàn)圖6。

圖6反應(yīng)譜計(jì)算參數(shù)設(shè)置圖

中震時(shí)程分析選波詳見(jiàn)圖7，《抗規(guī)》規(guī)定：多組時(shí)程波的平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所用的地震影響系數(shù)曲線相比，在對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)主要振型的周期點(diǎn)上相差不大于20%，對(duì)比圖詳見(jiàn)圖8。時(shí)程分析模型參數(shù)設(shè)置詳見(jiàn)圖9。

圖7時(shí)程分析地震波參數(shù)圖

表2列出了本工程設(shè)防地震下有阻尼器模型反應(yīng)譜迭代與時(shí)程分析方法得到的附加阻尼比。在參考軟件計(jì)算值的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)取設(shè)防地震下附加阻尼比為8%，參與設(shè)計(jì)計(jì)算。

七 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析

7.1 減震前后周期對(duì)比

設(shè)防地震下有無(wú)阻尼器模型的周期對(duì)比詳見(jiàn)表3，很好的說(shuō)明了粘滯阻尼器沒(méi)有提供附加剛度。中震下有阻尼器模型詳細(xì)振型詳見(jiàn)表4。

7.2 設(shè)防地震下結(jié)構(gòu)位移

本工程設(shè)防地震下有阻尼器模型的結(jié)構(gòu)位移詳見(jiàn)表5。由表5可得有阻尼器模型設(shè)防地震下結(jié)構(gòu)X、Y向?qū)娱g位移角均滿足《導(dǎo)則》的限值1/200，減震前后位移角變化非常明顯，側(cè)面說(shuō)明減震發(fā)揮了較明顯的作用，減震效果良好。

7.3 設(shè)防地震下層間剪力

在建筑上布置阻尼器后，減震結(jié)構(gòu)比非減震結(jié)構(gòu)首層X(jué)向剪力減小27.55%，Y向?yàn)?2.10%。在第二層及以上各層也有較大幅度的減小。在建筑布置阻尼器的2、3、4層X(jué)向樓層剪力分別減小了21.79%、23.38%、25.53%，Y向分別為37.1%、38.4%、40.78%。由圖12和圖13，由此可見(jiàn)有阻尼器模型設(shè)防地震下樓層剪力降低效果比較明顯。

7.4

樓面水平加速度

《導(dǎo)則》送審稿的規(guī)定詳見(jiàn)圖14，根據(jù)本工程的性質(zhì)，只需控制中震下最大水平加速度即可。用PKPM彈性時(shí)程分析中的FNA計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，得到的結(jié)果詳見(jiàn)表7，可以看出結(jié)構(gòu)設(shè)防地震下主體結(jié)構(gòu)（不包含坡屋面）的最大樓層水平加速度為3.7231m/s2，滿足《基于保持建筑正常使用功能的抗震技術(shù)導(dǎo)則》（送審稿）第4.4.1條對(duì)II類建筑的最大限值0.45g的要求。

7.5

阻尼器滯回曲線

采用時(shí)程分析方法（FNA）選取2條天然波，1條人工波，進(jìn)行中震下彈性時(shí)程分析計(jì)算，波譜的詳細(xì)情況詳見(jiàn)第2小節(jié)。該方法能對(duì)主體結(jié)構(gòu)彈性，阻尼器處于非線性時(shí)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。圖16和圖17分別為采用X向?yàn)橹鞣较蚝蚘向?yàn)橹鞣较虻卣鸩ㄟM(jìn)行時(shí)程分析時(shí)阻尼器的典型滯回曲線。地震作用下，阻尼器在設(shè)防地震下滯回曲線飽滿，表明阻尼器工作狀態(tài)較好，具有較強(qiáng)的耗能能力。設(shè)防地震作用下，各阻尼器的最大位移為6.26mm，最大出力為350.6kN，阻尼器最大速度相應(yīng)為30mm/s。工程選定的阻尼器參數(shù)為最大行程±45mm，極限阻尼力650kN，所采用的阻尼器滿足設(shè)計(jì)要求，也有一定的安全度。

7.6 能量圖

RH2TG040地震波下結(jié)構(gòu)能量圖詳見(jiàn)圖16，結(jié)構(gòu)耗能情況詳見(jiàn)表7，綜合圖16和表7可以看出設(shè)防地震下阻尼器耗能占比較大，也能驗(yàn)證出阻尼器發(fā)揮較好工作。

八 結(jié)論

（1）本工程設(shè)置粘滯型阻尼器后，減震結(jié)構(gòu)在設(shè)防地震作用下，X、Y向最大層間位移角均小于1/200，滿足要求。與無(wú)阻尼器模型對(duì)比來(lái)看，有阻尼器模型在設(shè)防地震下結(jié)構(gòu)層間位移角得到有效降低。

（2）本工程設(shè)置粘滯性阻尼器后，阻尼器可為原結(jié)構(gòu)提供8%的阻尼比，樓層剪力得到有效降低；在設(shè)防地震作用下，減震結(jié)構(gòu)相比于非減震結(jié)構(gòu)樓層剪力減少約20%~45%，減震效果良好。

（3）在設(shè)防地震作用下，各阻尼器能正常工作，滯回環(huán)飽滿，耗能能力強(qiáng)；阻尼器總體占比耗能占地震總輸入能量的主體部分，整體結(jié)構(gòu)耗能情況良好。