CN106381940A - 一种粘滞类阻尼装置的混合布置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种粘滞类阻尼装置的混合布置方法，粘滞类阻尼装置包括粘滞阻尼伸臂桁架和粘滞阻尼墙，方法包括以下步骤：(1)对适于布置粘滞类阻尼装置的楼层进行筛选；(2)对无阻尼装置的高层建筑结构进行分析，计算获得楼层的层间剪切变形和层间弯曲变形，以及二者相对侧向变形的百分比；(3)绘出相对侧向变形的百分比随楼层的变化规律，获得由层间弯曲变形起控制作用的楼层和由层间剪切变形起控制作用的楼层；(4)在层间弯曲变形起控制作用并且适于布置粘滞类阻尼装置的楼层布置粘滞阻尼伸臂桁架；(5)在层间剪切变形起控制作用并且适于布置粘滞类阻尼装置的楼层布置粘滞阻尼墙。与现有技术相比，本发明具有发挥效率高、操作简便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及高层、超高层建筑结构的消能减震技术领域，尤其是涉及一种粘滞类阻尼装置的混合布置方法。
背景技术
目前粘滞阻尼器在建筑工程中得到越来越广泛的应用，尤其在一些超高层建筑结构中，常采用对角支撑、人字形支撑等形式布置粘滞阻尼器，利用粘滞阻尼器耗散地震输入到结构中的能量，提供附加阻尼，降低结构的动力响应。
但是现阶段粘滞阻尼器的减震措施主要以单一应用柱间支撑布置为主。这种应用方式缺点显而易见，首先，柱间支撑的布置方式影响建筑效果；其次，单一形式布置粘滞阻尼器，导致部分粘滞阻尼器耗能效率低，需设置较多的粘滞阻尼器，增加结构造价；再次，柱间支撑等布置形式利用结构的剪切变形发挥作用，没有充分发挥超高层、超高层建筑结构弯曲变形大的特点。为了确保高层、超高层结构的安全，同时实现建筑使用功能等要求，有效解决粘滞阻尼器耗能效率低的问题，需要对现有的粘滞阻尼器应用方式进行改进。
目前有学者将粘滞阻尼器和伸臂桁架结合，提出了粘滞阻尼伸臂桁架，其利用结构弯曲变形发挥耗能减震作用；另外也有学者提出了一种组合式消能减震伸臂桁架高层结构体系，通过组合使用两种不同形式的伸臂桁架，即竖向布置粘滞阻尼器的伸臂桁架和布置BRB(防屈曲支撑)的伸臂桁架，在保证减震耗能的同时，又不过分降低结构的刚度，使其变形在可控范围内；最后也有学者发明了粘滞阻尼墙，具有安装后不影响建筑使用功能和可吸收较多的地震能量，其利用结构的剪切变形发挥耗能减震作用。以上三种都没有利用高层、超高层建筑结构中上部弯曲变形大和中下部剪切变形大的特点，不能充分发挥粘滞类阻尼装置的性能，不能满足高层、超高层建筑的发展需要。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种发挥效率高、操作简便的基于结构侧向变形的粘滞类阻尼装置的混合布置方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种粘滞类阻尼装置的混合布置方法，所述粘滞类阻尼装置包括粘滞阻尼伸臂桁架和粘滞阻尼墙，所述方法包括以下步骤：
(1)对适于布置所述粘滞类阻尼装置的楼层进行筛选；
(2)对无阻尼装置的高层建筑结构进行分析，计算获得楼层的层间剪切变形和层间弯曲变形，以及二者相对侧向变形的百分比；
(3)绘出所述相对侧向变形的百分比随楼层的变化规律，获得由层间弯曲变形起控制作用的楼层和由层间剪切变形起控制作用的楼层；
(4)在层间弯曲变形起控制作用并且适于布置所述粘滞类阻尼装置的楼层布置粘滞阻尼伸臂桁架；
(5)在层间剪切变形起控制作用并且适于布置所述粘滞类阻尼装置的楼层布置粘滞阻尼墙。
作为优选，所述步骤(1)中的筛选包括：
11)根据设备层或避难层的位置对适于布置所述粘滞阻尼伸臂桁架的楼层进行筛选；
12)根据建筑以及使用功能的要求对适于布置所述粘滞阻尼墙的楼层进行筛选。
作为优选，所述步骤(2)还包括：计算获得结构的层间位移角。
作为优选，所述步骤(3)还包括：绘制所述层间位移角随楼层的变化规律，获得所述层间位移角超过设定值的楼层。
作为优选，步骤(4)中，所述楼层同时满足所述层间位移角超过设定值的条件。
作为优选，步骤(5)中，所述楼层同时满足所述层间位移角超过设定值的条件。
作为优选，步骤(2)的所述分析为通过有限元软件进行的反应谱分析。
作为优选，所述粘滞阻尼伸臂桁架布置数量的决定因素包括附加阻尼比、结构响应、伸臂桁架刚度以及粘滞阻尼器的参数。
作为优选，所述粘滞阻尼墙布置数量的决定因素包括附加阻尼比、结构响应以及所述粘滞阻尼墙的参数。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、粘滞阻尼伸臂桁架可布置于设备层或避难层，粘滞阻尼墙可设置在建筑的墙体位置，两种布置方式都不影响建筑使用效果；
2、充分发挥粘滞类阻尼装置的耗能减震作用，减少粘滞类阻尼装置的使用数量，降低结构造价；
3、通过计算层间位移角，更加优化粘滞类阻尼装置的布置楼层和安装数量。
4、通过有限元分析软件对建筑结构进行分析，有利于提高分析速度和准确度。
5、利用高层、超高层建筑结构中上部弯曲变形大的特点布置粘滞阻尼伸臂桁架，利用高层、超高层建筑结构中下部剪切变形大的特点布置粘滞阻尼墙，混合应用两种粘滞类阻尼装置，本发明方法具有便捷的可操作性，具有较高的工程实用性，更好的满足高层、超高层建筑发展需要。
附图说明
图1为本发明流程示意图；
图2为本发明实施例1——某超高层建筑立面图；
图3为本发明实施例1——某超高层建筑平面图；
图4为本发明实施例1——层间位移角与楼层的关系图；
图5为本发明实施例1——弯曲变形和剪切变形的百分比关系图；
图6为本发明实施例1——粘滞阻尼伸臂桁架的布置示意图；
图7为本发明实施例1——粘滞阻尼伸臂桁架的构造示意图；
图8为本发明实施例1——粘滞阻尼墙的布置示意图；
图9为本发明实施例1——粘滞阻尼墙的局部布置构造示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种粘滞类阻尼装置的混合布置方法，粘滞类阻尼装置包括粘滞阻尼伸臂桁架和粘滞阻尼墙，方法包括以下步骤：
步骤S01，对适于布置粘滞类阻尼装置的楼层进行筛选，具体包括：
1、根据设备层或避难层的位置对适于布置粘滞阻尼伸臂桁架的楼层进行筛选；
2、根据建筑以及使用功能的要求对适于布置粘滞阻尼墙的楼层进行筛选。
步骤S02，对无阻尼装置的高层建筑结构通过有限元软件进行的反应谱分析，计算获得楼层的层间剪切变形、层间弯曲变形和层间位移角。
步骤S03，计算以及二者相对侧向变形的百分比。
步骤S04，绘出相对侧向变形的百分比随楼层的变化规律，获得由层间弯曲变形起控制作用的楼层和由层间剪切变形起控制作用的楼层；同时绘制层间位移角随楼层的变化规律，获得层间位移角超过设定值的楼层。
步骤S05，在层间弯曲变形起控制作用并且适于布置粘滞类阻尼装置的楼层布置粘滞阻尼伸臂桁架，该楼层同时满足层间位移角超过设定值的条件；在层间剪切变形起控制作用并且适于布置粘滞类阻尼装置的楼层布置粘滞阻尼墙，该楼层同时满足层间位移角超过设定值的条件。
粘滞阻尼伸臂桁架布置数量的决定因素包括附加阻尼比、结构响应、伸臂桁架刚度以及粘滞阻尼器的参数。粘滞阻尼墙布置数量的决定因素包括附加阻尼比、结构响应以及粘滞阻尼墙的参数。
本发明的另一实施例中，可仅根据层间剪切变形和层间弯曲变形对适于布置粘滞类阻尼装置的楼层进行粘滞阻尼伸臂桁架和粘滞阻尼墙的混合布置。
如图2、3所示，本实施例采用某250m超高层建筑，塔楼建筑平面尺寸83.0m×41.8m，结构标准层高度为3.6m，地上建筑共65层，结构体系为型钢混凝土框架-剪力墙体系。抗震设防烈度为7度(0.15g)，设计地震分组为第二组，建筑场地类别为III类。
考虑到粘滞阻尼伸臂桁架的布置通常会对建筑要求以及使用功能等造成影响，故本实施例研究选用设备层或避难层所在的楼层(24层、46层、62层)。粘滞阻尼墙可设置在建筑的墙体位置，既耗能有起到横隔墙的作用，不影响建筑以及使用功能，可布置楼层1～62层。
对无粘滞类阻尼装置的该超高层建筑结构进行x向反应谱分析，通过有限元软件计算各楼层的剪切变形和弯曲变形，以及结构的层间位移角，如图4所示；根据有限元软件的计算结果，手动计算各楼层的层间剪切变形和层间弯曲变形，以及二者相对侧向变形的百分比，并绘出相对侧向变形百分比随楼层的变化规律，如图5所示。
表1设备层弯曲变形百分比和层间位移角
表1为设备层弯曲变形百分比和层间位移角，对比三个楼层发现，三个楼层的弯曲变形百分比基本一致，但24和46层的层间位移角远大于62层，所以选择24层和46层布置粘滞阻尼伸臂桁架，如图6所示。粘滞阻尼伸臂桁架构造如图7所示。
表2中下部1～40层剪切变形百分比和层间位移角
如图4和图5所示，中下部楼层的剪切变形百分比和层间位移角较大，因此表2只列出1～40层的相应计算结果。可以看出，剪切变形的百分比随楼层高度的降低逐渐增加。虽然结构下部楼层的剪切变形百分比很大，但是对应的层间位移角很小。因此，粘滞阻尼墙较优的布置位置在结构的中下部，选择在11～30层竖向连续布置粘滞阻尼墙，如图8所示。粘滞阻尼墙局部布置示意如图9所示。
粘滞阻尼伸臂桁架的粘滞阻尼器参数设置为，阻尼系数C＝3000kN/(m/s)0.3，阻尼指数为α＝0.3，布置形式为竖向型，如图7所示。
粘滞阻尼墙参数设置为，阻尼系数C＝5800kN/(m/s)0.45，阻尼指数为α＝0.45，布置形式如图9所示。
对布置粘滞阻尼伸臂桁架和粘滞阻尼墙的结构进行弹性动力时程分析，动力时程波采用适合本模型场地类别的天然波TR1，采用X单向输入，加速度时程最大值设为55gal，步长为0.02s，时长设为30s。根据《建筑效能减震技术规程JGJ297-2013》计算阻尼器附加给结构的有效阻尼比为2％。
Claims (9)
1.一种粘滞类阻尼装置的混合布置方法，其特征在于，所述粘滞类阻尼装置包括粘滞阻尼伸臂桁架和粘滞阻尼墙，所述方法包括以下步骤：
(1)对适于布置所述粘滞类阻尼装置的楼层进行筛选；
(2)对无阻尼装置的高层建筑结构进行分析，计算获得楼层的层间剪切变形和层间弯曲变形，以及二者相对侧向变形的百分比；
(3)绘出所述相对侧向变形的百分比随楼层的变化规律，获得由层间弯曲变形起控制作用的楼层和由层间剪切变形起控制作用的楼层；
(4)在层间弯曲变形起控制作用并且适于布置所述粘滞类阻尼装置的楼层布置粘滞阻尼伸臂桁架；
(5)在层间剪切变形起控制作用并且适于布置所述粘滞类阻尼装置的楼层布置粘滞阻尼墙。
2.根据权利要求1所述的一种粘滞类阻尼装置的混合布置方法，其特征在于，所述步骤(1)中的筛选包括：
11)根据设备层或避难层的位置对适于布置所述粘滞阻尼伸臂桁架的楼层进行筛选；
12)根据建筑以及使用功能的要求对适于布置所述粘滞阻尼墙的楼层进行筛选。
3.根据权利要求1所述的一种粘滞类阻尼装置的混合布置方法，其特征在于，所述步骤(2)还包括：计算获得结构的层间位移角。
4.根据权利要求3所述的一种粘滞类阻尼装置的混合布置方法，其特征在于，所述步骤(3)还包括：绘制所述层间位移角随楼层的变化规律，获得所述层间位移角超过设定值的楼层。
5.根据权利要求4所述的一种粘滞类阻尼装置的混合布置方法，其特征在于，步骤(4)中，所述楼层同时满足所述层间位移角超过设定值的条件。
6.根据权利要求4所述的一种粘滞类阻尼装置的混合布置方法，其特征在于，步骤(5)中，所述楼层同时满足所述层间位移角超过设定值的条件。
7.根据权利要求1所述的一种粘滞类阻尼装置的混合布置方法，其特征在于，步骤(2)的所述分析为通过有限元软件进行的反应谱分析。
8.根据权利要求1所述的一种粘滞类阻尼装置的混合布置方法，其特征在于，所述粘滞阻尼伸臂桁架布置数量的决定因素包括附加阻尼比、结构响应、伸臂桁架刚度以及粘滞阻尼器的参数。
9.根据权利要求1所述的一种粘滞类阻尼装置的混合布置方法，其特征在于，所述粘滞阻尼墙布置数量的决定因素包括附加阻尼比、结构响应以及所述粘滞阻尼墙的参数。
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