黏滯阻尼技術在某超高層結構設計中的應用研究.pdf

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1、第二十三屆全國高層建筑結構學術會議論文2014年黏滯阻尼技術在某超高層結構設計中的應用研究112丁潔民，吳宏磊，吳雨岑（1.同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海，200092；同濟大學建筑工程系，上海，200092）摘要：在框架-核心筒超高層結構體系中，加強層可顯著提高結構抗側剛度、減小結構側移，但亦會帶來結構剛度、內(nèi)力突變等不利影響。本文以山西省晉中市匯通大廈為工程背景，在結構選型中進行了黏滯阻尼伸臂體系與傳統(tǒng)剛性加強層體系的地震響應對比分析，并對黏滯阻尼伸臂結構進行了彈塑性時程分析。結果表明：帶阻尼伸臂結構與剛性加強層結

2、構相比，在地震作用下結構的地震響應小，表現(xiàn)出明顯的耗能優(yōu)勢；在多遇地震作用下，帶阻尼伸臂結構的地震響應相比于剛性加強層結構大大降低，帶來的附加阻尼比達到3.2%；在罕遇地震作用下，關鍵構件均滿足抗震性能化設計要求，結構關鍵構件進入塑性的程度均小于剛性加強層結構方案，結構的安全度更高。關鍵詞：黏滯阻尼器；伸臂桁架；附加阻尼比1.引言對于250m左右超高層建筑結構設計中，常采用框架-核心筒結構體系。傳統(tǒng)的框架-核心筒結構體系存在側向剛度不足、核心筒受力偏大的缺陷，未能充分發(fā)揮外框架抵抗側向力的作用。通過設置抗彎和抗剪剛度較大的伸臂桁架和

3、環(huán)帶桁架加強層，連接核心筒和外框架，可利用周邊柱的軸向剛度來提高結構的抗側剛度，減小結構側移，同時減小底部墻肢的拉力。但是設置伸臂桁架和環(huán)帶桁架會增大結構剛度，導致地震作用增大，同時帶來結構加強層附近內(nèi)力、剛度突變等不利影響。SmithR.Willford在菲律賓圣弗朗西斯科香格里拉塔工程中，將黏滯阻尼器設置在超高層加強層[1]中，研究了黏滯阻尼器的抗風作用。通過設置黏滯阻尼器，可以明顯減小結構在風荷載下的響應。文獻[2-3]通過研究黏滯阻尼器在超高層結構加強層中抗震方面的應用，表明在超高層結構的加強層中設置黏滯阻尼器可以有效的減小

4、結構在地震作用下的響應。本文將黏滯阻尼伸臂體系應用于山西省晉中市匯通大廈中，進行結構比選以及彈性和彈塑性分析工作，進一步驗證了阻尼伸臂體系用于抗震設計的合理性。2.工程概況匯通大廈位于山西省晉中市，由超高層塔樓和北側商業(yè)裙房組成，主要功能為辦公、酒店和精品商業(yè)。總建筑面積18.5萬平方米。地上通過設縫將超高層塔樓與裙房分割開。塔樓平面軸線尺寸40.0m×41.2m，周邊共十六根框架柱，每側5根?？蚣苤骄嗉s10m；核心筒居中布置，平面尺寸20.2m×21.9m。整個塔樓建筑平面、立面布置規(guī)則。塔樓主體結構地上45層（分別在10F

5、，18F，27F，37F設置避難層/設備層），結構總高度220.4m。辦公層層高4.3m，酒店層層高3.9m，設備層層高5.6m?？拐鹪O防烈度為8度(0.20g)，場地類別III類，設計地震分組第一組。結構體系采用型鋼混凝土框架-核心筒結合加強層為主要抗側體系的鋼-混凝土組合結構。結構效果圖、平立面布置如圖1。丁潔民，1957年9月，男，工學博士，同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司總裁第二十三屆全國高層建筑結構學術會議論文2014年圖1.結構效果圖及平立面布置圖3.結構體系選型3.1結構方案說明對以下兩種方案進行比選（圖2）：(

6、1)剛性方案：型鋼混凝土外框架+鋼筋混凝土核心筒+伸臂桁架和環(huán)帶桁架(10F、27F)混合結構體系；(2)阻尼方案：型鋼混凝土外框架+鋼筋混凝土核心筒+阻尼消能伸臂桁架(27F)混合結構體系。其中，黏滯阻尼器是一種速度相關型耗能構件，采用Maxwell模型進行模擬。阻尼器的布置形式如圖3所示。+++塔樓整體核心筒外框架加強層a)剛性方案-抗側力體系構成圖+++圖3.黏滯阻尼器在伸臂桁架上的布置形式塔樓整體核心筒外框架加強層b)阻尼方案-抗側力體系構成圖圖2結構抗側力體系示意圖第二十三屆全國高層建筑結構學術會議論文2014年3.2主要

7、分析結果圖4~7列出了剛性方案和阻尼方案的周期、基底剪力、層間傾覆力矩以及層間位移角對比圖。X向?qū)蛹袅向?qū)蛹袅?050454540406.0035355.0030304.002525剛性方案20203.00周期阻尼方案15152.00剛性方案剛性方案1010阻尼方案1.00阻尼方案550.0000010000200003000040000010000200003000040000123階數(shù)456圖4周期對比圖5層剪力對比（7條時程波平均值）X向?qū)觾A覆力矩Y向?qū)觾A覆力矩X向?qū)娱g位移角Y向?qū)娱g位移角505050504545454540

8、404040剛性方案剛性方案35353535阻尼方案阻尼方案剛性方案剛性方案30303030阻尼方案阻尼方案252525252020202015151515101010105555000001000000200000030000004