CN109598041B - 一种附加消能减震系统的建筑结构设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种附加消能减震系统的建筑结构设计方法，包括步骤：S1.初步确定主体结构的构件布置及截面尺寸；S2.根据额定地震动时程函数对主体结构进行计算，以评价主体结构的抗震性能；S3.根据消能减震的调控路径曲线确定附加阻尼结构中阻尼器的类型、布置等代构件位置等参数以调节主体结构的刚度和阻尼；S4.输出附加阻尼结构中阻尼器的类型、布置等代构件位置等参数。本发明通过对消能减震结构进行设计的迭代计算，可以快速、准确的得到消能减震系统的各项参数，根据消能减震的调控路径曲线在结构中附加适合的阻尼结构，最大程度发挥阻尼器的性能。

Description

一种附加消能减震系统的建筑结构设计方法

技术领域

本发明涉及建筑结构消能减震技术领域,尤其涉及一种附加消能减震系统的建筑结构设计方法

背景技术

根据最新的《中国地震动参数区划图》GB18306-2015与上一代地震区划图相比较，新一代地震区划图适当提高了我国整体抗震设防要求，突出强调了房屋建筑等的抗倒塌标准，取消了不设防区域，为新时期全面提高我国的抗震设防能力提供科学依据，能更好的适应目前我国经济社会发展需要，为了满足结构抗震设防的要求，同时控制造价成本，消能减震系统目前被推广使用，《建筑抗震设计规范》GB50011-2010也已对如何进行消能减震结构设计做出明确的规定。但是，目前常用软件暂不能合理的模拟消能减震装置，严重阻碍了消能减震系统的推广使用。

专利号为CN204850121U的专利公开了一种带有金属阻尼器的可嵌入式消能减震机构，包括一钢框架，该钢框架内部设有一消能装置，该消能装置为支撑式阻尼器或墙式阻尼器，所述钢框架的外围通连接键或连接键和填充材料层与主体结构梁、主体结构柱之间固定连接。本实用新型一种带有金属阻尼器的可嵌入式消能减震机构，将消能装置设于一钢框架内，为了使消能机构在地震作用时与主体结构一起受力，在钢框架外设有连接装置，连接装置为连接键和填充材料时，方便耗能机构安装于已建建筑的梁柱上，连接装置为连接键时，方便耗能机构安装于新建建筑的梁柱上。本实用新型耗能机构坚固，安装方面，整体性强，具有很好的抗震能力。但是，该方案不能很好的确定阻尼结构的各项参数，将导致不能有效发挥其抗震效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种附加消能减震系统的建筑结构设计方法,可以快速得到消能减震系统的各项参数，在结构中附加适合的阻尼结构，最大程度发挥阻尼器的性能。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种附加消能减震系统的建筑结构设计方法，包括步骤：

S1.初步确定主体结构的构件布置及截面尺寸；

S2.根据额定地震动时程函数对主体结构进行计算，以评价主体结构的抗震性能；

S3.根据消能减震的调控路径曲线确定附加阻尼结构中阻尼器的类型、布置等代构件位置等参数以调节主体结构的刚度和阻尼；

S4.输出附加阻尼结构中阻尼器的类型、布置等代构件位置等参数。

优选的，步骤S1之前还包括步骤：

S0.根据小于额定地震动时程函数对主体结构进行优化。

优选的，步骤S3之后还包括步骤：

Sa.计算附加阻尼结构的阻尼比；

Sb.根据主体结构阻尼比和附加阻尼结构的阻尼比获得建筑结构的总阻尼比ξ1。

优选的，步骤Sb之后还包括步骤：

判断建筑结构的总阻尼比ξ1与预设建筑结构的总有效阻尼比ξ0之间的误差是否小于第一预设误差范围，若是，则输出阻尼器的参数及布置位置，否则，返回步骤S3。

优选的，步骤S3和步骤Sa之间还包括步骤：

Sc.调整主体结构与附加阻尼结构之间的规则性。

优选的，还包括步骤：

确定附加阻尼结构中阻尼器的类型、布置等代构件后复核主体结构的抗震性能。

优选的，所述复核主体结构的抗震性能具体为：

判断确定附加阻尼结构中阻尼器的类型、布置等代构件后的主体结构的抗震性能与根据额定地震时程函数对主体结构计算获得的抗震性能之间的误差是否小于第二预设误差范围，若是，则进入步骤S4/Sa，否则，返回步骤S3。

与现有技术相比，本发明利用现有常用结构设计软件对消能减震结构进行设计的迭代计算，可以快速、准确得到消能减震系统的各项参数，包括结构的优化布置、阻尼器的数量和参数等，通过分析不同阻尼器耗能机理的差异，在结构中附加适合的阻尼器，最大程度发挥阻尼器的性能，进而起到保护主体结构的目的，使得建筑结构发挥更好的消能减震效果，且同时具有计算有效、使用方便、可操作性强等优点。

附图说明

图1为实施例一提供的一种附加消能减震系统的建筑结构设计方法流程图；

图2为实施例一提供的一种附加消能减震系统的建筑结构设计方法的消能减震的调控路径图；

图3为实施例一提供的一种附加消能减震系统的建筑结构设计方法的迭代流程图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

为了解决现有的建筑结构在布置消能减震结构时不能快速、准确的得到消能减震结构的各项参数，本实施例提供一种附加消能减震系统的建筑结构设计方法，如图1-3所示，利用现有常用结构设计软件对消能减震结构进行设计的迭代计算，快速得到消能减震系统的各项参数，包括结构的优化布置、阻尼器的数量和参数等，通过分析不同阻尼器耗能机理的差异，在结构中附加适合的阻尼器，最大程度发挥阻尼器的性能，进而起到保护主体结构的目的，使得建筑结构发挥更好的消能减震效果：

S1.初步确定主体结构的构件布置及截面尺寸；

S2.根据额定地震动时程函数对主体结构进行计算，以评价主体结构的抗震性能；

S3.根据消能减震的调控路径曲线确定附加阻尼结构中阻尼器的类型、布置等代构件位置等参数以调节主体结构的刚度和阻尼；

图2为消能减震的调控路径，根据消能减震的调控路径曲线选用适合的阻尼器，例如，当以调节刚度为主时采用BRB、阻尼墙等可提供刚度的阻尼器，当兼顾刚度与阻尼调节时，宜采用MD、CBD、粘弹性阻尼器等类型阻尼器，当以调节阻尼为主时，宜选用VFD类阻尼器，布置等代构件，对主体结构的刚度和阻尼进行调节。

S4.输出附加阻尼结构中阻尼器的类型、布置等代构件位置等参数。

本实施例针对消能减震结构的设计方法具有计算有效、使用方便、可操作性强等优点，具体表现为以下几个方面：

(1)该方法采用的理论依据为《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，其计算结果准确、可靠，能够运用于实际工程的设计中；

(2)该方法所使用的结构计算分析软件为结构设计领域普遍使用的结构设计软件，并编制数据处理表格，便于在结构设计领域推广使用；

(3)该方法适用于常用阻尼器，主要包括位移型阻尼器、速度型阻尼器等，具有普遍适用性、有效性、易用性等优点。

优选的，步骤S1之前还包括步骤：

S0.根据小于额定地震动时程函数对主体结构进行优化；

利用现有常用结构设计软件输入小于额定地震动时程函数对主体结构进行优化，地震动时程用来描述地震引起的地面运动的时间历程，在建筑结构设计中通常利用地震动时程作为地震输入来进行结构地震反应分析计算，按照小于额定地震动时程函数对主体结构进行优化，方便后续评价主体结构的抗震性能。

优选的，步骤S3之后还包括步骤：

Sa.计算附加阻尼结构的阻尼比；

Sb.根据主体结构阻尼比和附加阻尼结构的阻尼比获得建筑结构的总阻尼比ξ1。

优选的，步骤Sb之后还包括步骤：

判断建筑结构的总阻尼比ξ1与预设建筑结构的总有效阻尼比ξ0之间的误差是否小于第一预设误差范围，若是，则输出阻尼器的参数及布置位置，否则，返回步骤S3。

通过预估附加阻尼结构的阻尼比以获得建筑结构总阻尼比，判断结构设计获得的建筑结构总阻尼比ξ1与目标阻尼比ξ0之间的误差，如满足要求则按照步骤S4输出阻尼器的参数及布置位置，如果不满足则需要进入步骤S3重新确定阻尼器的类型、等代结构等参数，再一步进行复核迭代计算直到误差小于第一预设误差范围。

优选的，步骤S3和步骤Sa之间还包括步骤：

Sc.调整主体结构与附加阻尼结构之间的规则性；

在确定附加阻尼结构中阻尼器类型、布置等代构件位置等参数后调整主体结构和附加阻尼结构之间的规则性，有利于保障主体结构和消能减震结构之间的稳定性。

优选的，还包括步骤：

确定附加阻尼结构中阻尼器的类型、布置等代构件后复核主体结构的抗震性能。

复核主体结构的抗震性能，若满足要求则进行下一个步骤的计算，若不满足要求则重新返回步骤S3进行迭代计算，如图3所示。

优选的，所述复核主体结构的抗震性能具体为：

判断确定附加阻尼结构中阻尼器的类型、布置等代构件后的主体结构的抗震性能与根据额定地震时程函数对主体结构计算获得的抗震性能之间的误差是否小于第二预设误差范围，若是，则进入步骤S4/Sa，否则，返回步骤S3。

本发明利用现有常用结构设计软件对消能减震结构进行设计的迭代计算，可以快速、准确得到消能减震系统的各项参数，包括结构的优化布置、阻尼器的数量和参数等，通过分析不同阻尼器耗能机理的差异，在结构中附加适合的阻尼器，最大程度发挥阻尼器的性能，进而起到保护主体结构的目的，使得建筑结构发挥更好的消能减震效果，且同时具有计算有效、使用方便、可操作性强等优点。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种附加消能减震系统的建筑结构设计方法，其特征在于，包括步骤：

S1.初步确定主体结构的构件布置及截面尺寸；

S2.根据额定地震动时程函数对主体结构进行计算，以评价主体结构的抗震性能；

S3.根据消能减震的调控路径曲线确定附加阻尼结构中阻尼器的类型、布置等代构件位置等参数以调节主体结构的刚度和阻尼；

S4.输出附加阻尼结构中阻尼器的类型、布置等代构件位置等参数；

步骤S3之后还包括步骤：

Sa.计算附加阻尼结构的阻尼比；

Sb.根据主体结构阻尼比和附加阻尼结构的阻尼比获得建筑结构的总阻尼比ξ1；

步骤Sb之后还包括步骤：

判断建筑结构的总阻尼比ξ1与预设建筑结构的总有效阻尼比ξ0之间的误差是否小于第一预设误差范围，若是，则输出阻尼器的参数及布置位置，否则，返回步骤S3。

2.如权利要求1所述的一种附加消能减震系统的方法，其特征在于，步骤S1之前还包括步骤：

S0.根据小于额定地震动时程函数对主体结构进行优化。

3.如权利要求1所述的一种附加消能减震系统的建筑结构设计方法，其特征在于，步骤S3和步骤Sa之间还包括步骤：

Sc.调整主体结构与附加阻尼结构之间的规则性。

4.如权利要求1所述的一种附加消能减震系统的建筑结构设计方法，其特征在于，还包括步骤：

确定附加阻尼结构中阻尼器的类型、布置等代构件后复核主体结构的抗震性能。

5.如权利要求4所述的一种附加消能减震系统的建筑结构设计方法，其特征在于，所述复核主体结构的抗震性能具体为：

判断确定附加阻尼结构中阻尼器的类型、布置等代构件后的主体结构的抗震性能与根据额定地震时程函数对主体结构计算获得的抗震性能之间的误差是否小于第二预设误差范围，若是，则进入步骤S4/Sa，否则，返回步骤S3。

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