減隔震組合技術(shù)在鋼框架結(jié)構(gòu)抗震中的應(yīng)用研究

張曉雷

（江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院 江西贛州 341000）

0 引言

近年來(lái)，由于人們對(duì)建筑抗震防災(zāi)的要求日益提高，傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)一味的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度所能達(dá)到的綜合效益變的越來(lái)越低。而建筑隔震作為一種新的抗震思路被越來(lái)越多的運(yùn)用在實(shí)際工程中，并且隨著隔震技術(shù)的不斷發(fā)展，隔震支座的位置也越來(lái)越靈活不再只是早期僅在基礎(chǔ)底部設(shè)置，以隔震層設(shè)于首層柱頂居多的層間隔震建筑也逐步出現(xiàn)。層間隔震的出現(xiàn)，使隔震支座的布置位置靈活多變，為隔震支座在工程中的使用提供了更多的可能性，但層間隔震卻對(duì)隔震層以下的加速度無(wú)法很好的抑制，因此本文引入了粘滯消能支撐，將隔震和減震兩種技術(shù)組合在一起[1]，為隔震設(shè)計(jì)提供新的思路。

1 鋼框架隔震結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)

1.1 工程概況

本文以某鋼框架實(shí)驗(yàn)樓為例進(jìn)行分析，總平面尺寸為24m×15m，本實(shí)驗(yàn)樓為地上四層建筑，第一層的高度為3.9m，二～四層的高度為3.6m，建筑的總高度為14.7m。實(shí)驗(yàn)樓整體框架采用材料為鋼梁和鋼柱構(gòu)造，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)樓（屋）蓋，其中基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)造的鋼柱下雙向交梁條基。由建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范可查，遭遇多遇地震時(shí)水平地震影響系數(shù)最大值αmax=0.16，罕遇地震作用時(shí)水平地震影響系數(shù)最大值 αmax=0.90。

1.2 隔震層初步設(shè)計(jì)

鋼框架隔震結(jié)構(gòu)是上部樓層的剛度遠(yuǎn)大于隔震層的剛度，同時(shí)將輸入的能量大多匯集在隔震支座上[2]的結(jié)構(gòu)。本文中通過(guò)計(jì)算和校核，最終確定將型號(hào)為普通橡膠支座LNR500和鉛芯橡膠支座LRB600兩種隔震支座混合使用。鉛芯橡膠支座與普通橡膠支座的區(qū)別在于將中部的散熱空心替換為鉛芯，此鉛芯具有攔截從地面?zhèn)鞯缴蠈咏Y(jié)構(gòu)的地震破壞的用途，與此同時(shí)，鉛芯橡膠支座為結(jié)構(gòu)提供了剛度和阻尼。鉛芯橡膠支座與普通橡膠支座由于各自的特點(diǎn)，在隔震層也將會(huì)具有不同的作用，鉛芯橡膠支座與普通橡膠支座的不同布置方式也將會(huì)對(duì)隔震效果產(chǎn)生很大的影響。因此本文擬在四周柱頂布置鉛芯橡膠支座，天然橡膠支座布置中間柱頂[3]，采用此種混合方式，一方面可以利用鉛芯結(jié)構(gòu)的大阻尼結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)性將會(huì)增強(qiáng)，另一方面利用普通橡膠支座吸收更多的地震能量。本文隔震支座在薄弱層的具體布置位置如圖1所示。

圖1 隔震支座具體布置

1.3 結(jié)構(gòu)有限元模型的建立

應(yīng)用有限元程序SAP2000，當(dāng)隔震支座位于首層薄弱層柱頂時(shí)建立柱頂隔震模型，如圖2所示。

圖2 柱頂隔震三維模型

由于首層柱底隔震在鋼框架結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較少，本文另個(gè)一方面可以驗(yàn)證隔震技術(shù)在鋼框架結(jié)構(gòu)中也是有效的。

2 減隔震組合技術(shù)在柱頂隔震建筑中的應(yīng)用

2.1 粘滯阻尼器在SAP2000中的模擬

SAP2000是一款應(yīng)用成熟的有限元模型建立和分析軟件，軟件中的消能減震裝置是通過(guò)支座之間的連接進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)，軟件中具有專門的隔震支座模擬連接選項(xiàng)。同時(shí)本文在薄弱層放置粘滯阻尼支撐時(shí)，SAP2000中有專門的阻尼（Damper）連接選項(xiàng)。該模塊本身可以模擬線性的構(gòu)件，也可以模擬非線性構(gòu)件，程序SAP2000應(yīng)用于結(jié)構(gòu)線性分析時(shí)，自動(dòng)采用線性屬性，當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入非線性階段時(shí)，會(huì)采用自帶的非線性屬性。

2.2 支撐與隔震支座組合體系建立

本文是在首層柱頂以上述布置方式布置隔震支座。并且在隔震層的下部即薄弱層中適當(dāng)?shù)牟贾谜硿苤?，其中粘滯消能支撐是在?jié)點(diǎn)之間將粘滯阻尼器與支撐串聯(lián)起來(lái)，在薄弱層以對(duì)角斜撐進(jìn)行安裝，在布置時(shí)考慮鋼框架結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)樓的功能，因?yàn)樵诘卣鸬淖饔孟?，框架結(jié)構(gòu)以剪切破壞最為明顯，底部薄弱層破壞最明顯，將粘滯阻尼支撐安裝在隔震層下的底層時(shí)減震效果最好，粘滯阻尼支撐大大增加了框架的阻尼，而對(duì)結(jié)構(gòu)本身自振周期沒(méi)有影響，也沒(méi)有增大結(jié)構(gòu)的剛度。粘滯阻尼支撐的布置可以吸收和消耗大量薄弱層的地震能量，大大減小隔震層以下薄弱層的加速度反應(yīng)，恰恰與層間隔震支座的布置構(gòu)成功能上互補(bǔ)的關(guān)系，從而明顯增強(qiáng)鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震性能，兩者的組合減震功能就是本文的創(chuàng)新之處。

3 展望及建議

總之，粘滯阻尼支撐與隔震支座的組合應(yīng)用是建筑抗震設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新，將阻尼減震支撐和隔震支座這兩種近年來(lái)研究的熱點(diǎn)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用也起到了很好的互補(bǔ)作用。本文僅從宏觀層次對(duì)層間隔震進(jìn)行了改進(jìn)建議，對(duì)于減隔震組合技術(shù)還需要跟進(jìn)研究，以期形成一套完整的理論體系。