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1、高烈度地区某商业综合体消能减震设计摘要某商业综合体采用框架-核心筒结构，该结构位于西昌，为抗震设防 烈度8度区。若采用传统的结构设计会使结构梁柱过于臃肿，不利于商业空间布 置，且经济性较差。本工程通过布置粘滞阻尼器来增加结构的附加阻尼比从而降 低结构的地震响应。研究结果表明，增设粘滞阻尼器使结构的附加阻尼比达到了 10%左右，且梁柱截面有效减小，其钢筋和混凝土的用量降低约25%，可以较为经 济的控制结构地震响应，可为类似高烈度工程设计提供参考。关键词：粘滞阻尼器；时程分析；框架-核心筒结构Energy Dissipation and Seismic Mitigation Design of a
2、 CommercialComplex in High Intensity Area1(1.)Abstract: A commercial complex adopts a frame-core tube structure, which is located in Xichang and is a seismic fortification intensity zone of 8 degrees. If the traditional structural design is adopted, the structural beams and columns will be too bloat
3、ed, which is not conducive to the layout of the commercial space, and the economy is poor. This project increases the additional damping ratio of the structure by arranging viscous dampers to reduce the seismic response of the structure. The research results show that the addition of viscous dampers
4、 makes the additional damping ratio of the structure reach about 10%, and the beam-column section is effectively reduced, and the amount of steel and concrete is reduced by about 25%, which can economically control the seismic response of the structure. Provide reference for similar high-intensity e
5、ngineering design.Keywords: Viscous damper; Time history analysis; Frame-core tube structure0引言由于框架-核心筒结构构件的高宽比较大，墙肢在地震作用下会产生较大的 拉应力，采用增大截面尺寸和设置型钢等方式来硬抗地震，同时也会导致结构自 重的增大，成本也随之增加，且减少了可利用的有效空间1。一种切实可行的 方法是采用消能减震设计，消能减震设计是指在结构中布置相应的消能装置，通 过装置的相对变形或相对速度提供附加阻尼，从而起到衰减输入结构的地震能量 的作用2-4。本文采用在结构中布置粘滞阻尼器的方法代替传
6、统的抗震设计方 法，用提高结构的附加阻尼比代替通过增加截面提高结构的抗侧刚度，在不影响 原结构使用功能的情况下显著减小地震响应，同时结合工程造价对消能减震技术 进行了评价。1 工程概况及模型建立与验证1.1 工程概况某商业综合体为三栋18层框架核心筒结构，结构总平面图如图1所示，1#3#楼主体结构高度分别为62.80m、69.95m, 62.80m，层数最多为18层，总建 筑面积约7.3万平方米，建筑外立面效果图如图2。结构设计使用年限50年，设 计基准期50年，建筑抗震设防类别丙类，建筑结构安全等级二级，建筑场地类 别II类，设计防烈度9度（0.4g），设计地震分组第二组。设计时为当地最高建
7、 筑。图1 结构总平面图 图2 外立面效果图1.2 模型验证依据PKPM计算模型，采用ETABS软件建立相同计算模型并进行对比验证， 有限元模型如图3所示。PKPM与ETABS模型的模态分析结果相近，前10阶周期 误差均在5%以内，满足工程精度，验证了 ETABS模型的准确性，可以进行后续时 程分析，周期对比如图4所示。INCLUDEPICTURE D:Program FilesTencentQQUsersApplication DataTencentUsers86463789QQWinTempRichOleUGENG4A_2I40EZK 5XWXI0.jpg * MERGEFORMATINE
8、T INCLUDEPICTURE D:ProgramFilesTencentQQUsersApplicationDataTencentUsers86463789QQWinTempRichOleUGENG4A_2I40EZK5XWXI0.jpg * MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE D:ProgramFilesTencentQQUsersApplicationDataTencentUsers86463789QQWinTempRichOleUGENG4A_2I40EZK5XWXI0.jpg * MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE E:Progr
9、amFilesTencentQQUsersApplicationDataTencentUsers86463789QQWinTempRichOleUGENG4A_2I40EZK(a) 1#楼 (b) 2#楼 (c) 3#楼图3 1#3#楼有限元模型图IIIUid1卩KIV-1ITAHSiIlTAHS时:u T KIAHS2(a) 1#楼 (b) 2#楼 (c) 3#楼图4 1#3#楼周期对比2 阻尼器参数及位置根据建筑功能及结构平面布置特点，确定三栋楼阻尼器布置位置及数量。1# 楼使用了78个阻尼器，2#楼使用了132个阻尼器，3#楼使用了80个阻尼器。三 栋楼阻尼器的平面布置如图5所示。建模时
10、采用LINK单元中的damper属性模拟 粘滞阻尼器，均采用人字形支撑方案，支撑采用统一箱形截面400X200X20X20的钢支撑，并在人字形支撑顶部安装直径为150mm200mm的橡胶支座作为防面外失稳的限位装置，阻尼器参数见表1，总体布置见表2。表1 粘滞阻尼器参数阻尼器标最大设计出力最大行程号阻尼器参数D1阻尼 450kN/(mm/s) 0.2100t40D2阻尼 500kN/(mm/s) 0.2110t40D3阻尼 550kN/(mm/s) 0.2130t40图2-1 1#楼阻尼器平面布置 图2-3 2#楼阻尼器平面布置/阻尼曙布馳倉YBA. 和Y54Y5-E*M.1A 利 M1&1K
11、4A fD MB-图5 3#楼阻尼器平面布置表2 阻尼器总体布置楼栋阻尼器平面布置位置阻尼器属竖向布置位置（层）阻尼器型号XIA、 X3A68D2XIA、 X1B、 X2A、 X2B 1011I D21#X3A、 X3B、 X4A、 X4BXIA、 X2B、 X3A、 X4B1216D2Y5A、 Y6A5D2Y5A、 Y6A9D2Y5A、 Y5B、 Y6A、 Y6B10D2Y7A、 Y7B、 Y8A、 Y8B|Y5A、 Y6A、 Y7B、 Y8B1116D2XIA、 X1B、 X2A、 X2BX3A、 X3B、 X4A、 X4B2#X1B、 X2A、 X3B、 X4AY5A、 Y5B、 Y6A
12、、 Y6BXIA、 X1B、 X2A、 X2B6 13D3X1B、 X2A、 X3B、 X4A1011D1Y1A、 Y1B、 Y2A、 Y2B 69I D2Y3A、 Y3B、 Y4A、 Y4BY5B、 Y6B、 Y8A、 Y7A1011D23 减震结构多遇地震分析3.1 地震波选取结构在多遇地震作用下分析时，可采用线性结构/非线性消能器（LS/ND ）方 法进行分析，因此，在程序分析时只考虑阻尼单元局部非线性进行非线性分析。 合理的选取适合结构分析的地震波是时程分析非常关键性的步骤，是取得合理可 靠结果的必要条件。依据规范分析过程中地震波选取ELCENTRO波、TAFT波和人 工波，图6为三条
13、波反应谱与标准反应谱的对比，两者在主要振型周期点上相差 不大于 20%，满足规范要求，且时程分析计算所得的结构层间剪力平均值均大余 振型分解法计算结果的 80%，满足规范要求，以上均验证了地震波选取的合理性。图6时程反应谱与规范谱对比3.2 附加阻尼比计算在ETABS等有限元分析软件中进行动力时程分析，借助软件可以分别提取出结构的模态阻尼耗能以及阻尼器耗能，利用如下公式(1)可以计算出结构的附加 阻尼比：!；-.式中：w、w、g分别表示阻尼器耗能、模态阻尼耗能和结构固有阻尼比。a 1 1根据以上公式分别计算出13#号楼的附加阻尼比，如表3-5所示。由表可知 附加阻尼比最大出现在3#楼，最大达到
14、了15.99%，最小的附加阻尼比出现在2# 楼，最小值为9.4%。图7给出了阻尼器的滞回曲线，可以看出阻尼器滞回曲线饱 满，以上均说明增设阻尼器发挥了优秀的耗能作用，可以有效减小地震的动力响 应。表3 1#楼附加阻尼比ELCENTROTAFTRGBX方向Y方向X方向X方向Y方向X方向10.60%10.10%9.40%10.04%9.66%10.78%表5 3#楼附加阻尼比(1) ELCENTRO (2) Taft (3) RGB图7 1#楼9层X9位置处阻尼器在三条地震波下的滞回曲线4 经济性对比分析在满足附加阻尼比的要求下，对钢筋混凝土框架-核心筒结构体系和带消能 装置的钢筋混凝土框架-核心筒结构两种不同体系进行成本分析对比，得出带消 能装置的钢筋混凝土框架-核心筒结构不仅能提高结构抗震能力，而且又有效地 降低建造成本（节约投资约 800 万元），具体表现在以下方面：1. 有效减少钢筋及砼等材料用量，降低结构成本。设置消能装置后，结构的 钢筋用量可由121.27kg/m2减至84.33kg/
