阻尼器在高層鋼結(jié)構(gòu)中的減震性能對比分析

卜偉

摘 要：為研究阻尼器對高層鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震性能的影響，以某工程12層鋼框架結(jié)構(gòu)為研究對象，通過設(shè)置兩種不同阻尼器進行比較分析，對比摩擦阻尼器和金屬阻尼器對結(jié)構(gòu)減震性能的影響規(guī)律，分析結(jié)果為高層鋼結(jié)構(gòu)耗能減震設(shè)備的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：阻尼器;高層鋼結(jié)構(gòu);抗震性能

我國屬于地震多發(fā)國家，結(jié)構(gòu)的抗震性能是工程師在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須考慮的問題，而一般我們是通過增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸來提高其抗震性能，這種被動的抗震方式，在結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)方面表現(xiàn)較差，同時這種做法還會影響使用，增加了成本。因此，結(jié)構(gòu)耗能減震裝置的應(yīng)用就顯得尤為關(guān)鍵。就目前而言，建筑的耗能減震主要是通過設(shè)置阻尼器來完成，不同類型的阻尼器對于建筑性能的影響自然也有不同，本文以某工程12層鋼框架結(jié)構(gòu)為研究對象，通過設(shè)置兩種不同阻尼器進行分析對比摩擦阻尼器和金屬阻尼器對結(jié)構(gòu)減震性能的影響規(guī)律，分析結(jié)果為高層鋼結(jié)構(gòu)耗能減震設(shè)備的應(yīng)用提供參考。

1 工程概況及模型建立

某商業(yè)綜合樓，層數(shù)為12層，總高度48.3m，結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)，總建筑面積6471.31平方米，抗震等級為一級，設(shè)計使用年限50年。該工程抗震設(shè)防類別為重點設(shè)防（乙）類，本工程抗震設(shè)防烈度為7度（0.15g）。地震分組：第三組，場地類別：Ⅱ類。本文采用有限元分析軟件ANSYS建立模型進行分析，梁、柱均采用Beam188單元，樓板采用Shell63殼單元，為方便計算，用Combin40單元模擬阻尼器。

2 阻尼器對于結(jié)構(gòu)固有震動特性的影響

結(jié)構(gòu)的固有振動特性，主要是指：（1）振動形態(tài)（振型或模態(tài)）;（2）自振周期（或頻率）。通過對兩種阻尼器的振型分析，結(jié)構(gòu)第一振型為X方向位移、第二振型為Y方向位移、第三振型為扭轉(zhuǎn)，模型基本合理。通過數(shù)據(jù)對比其前6階自診周期和頻率，兩種類型阻尼器對結(jié)構(gòu)剛度均有一定影響，其中金屬阻尼器的設(shè)置對結(jié)構(gòu)剛度影響較大，安裝金屬阻尼器的建筑自振周期明顯減弱，而設(shè)置了摩擦型阻尼器的建筑自振周期影響較小。

3 阻尼器對結(jié)構(gòu)層間位移的影響

根據(jù)模型數(shù)據(jù)，建筑在金屬阻尼器和摩擦型阻尼器均對于結(jié)構(gòu)的層間位移都有很好的控制作用，其中金屬阻尼器對位移的控制作用更明顯。在多遇地震作用時金屬阻尼器對建筑層間位移的影響比摩擦型阻尼器減幅增加9.7%，罕遇地震時影響程度提高11.7%，總體而言，金屬阻尼器的減震效果要優(yōu)于摩擦型阻尼器。

4 阻尼器對結(jié)構(gòu)層間剪力的影響

通過數(shù)據(jù)分析，結(jié)構(gòu)在多遇地震和罕遇地震作用時，設(shè)置金屬阻尼器的建筑層間剪力偏大。在多遇地震時，相比于摩擦型阻尼器而言金屬阻尼器控制的結(jié)構(gòu)層間剪力增加2.5%左右;在罕遇地震時，金屬阻尼器控制的結(jié)構(gòu)層間剪力則比摩擦型阻尼器高出20%左右。

5 結(jié)論

本文主要是針對兩種不同類型的阻尼器進行了對比分析，摩擦性阻尼器和金屬阻尼器的工作機理存在區(qū)別，因此對于結(jié)構(gòu)的影響也會有所不同，通過分析得到以下結(jié)論：

（1）金屬阻尼器對于結(jié)構(gòu)的剛度影響大于摩擦型阻尼器，設(shè)置金屬阻尼器的建筑，結(jié)構(gòu)固有特性改變較大，自振周期明顯減小，頻率提高，而摩擦型阻尼器對結(jié)構(gòu)固有特性的影響則較小。

（2）在結(jié)構(gòu)位移控制上，在多遇地震作用時金屬阻尼器對建筑層間位移的影響比摩擦型阻尼器減幅增加9.7%，罕遇地震時影響程度提高11.7%;在層間剪力控制上，相比于摩擦型阻尼器而言金屬阻尼器控制的結(jié)構(gòu)層間剪力增加2.5%左右;在罕遇地震時，金屬阻尼器控制的結(jié)構(gòu)層間剪力則比摩擦型阻尼器高出20%左右?？傮w而言，在高層鋼結(jié)構(gòu)建筑中，在一定情況下金屬阻尼器的減震性能略優(yōu)于摩擦性阻尼器。

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