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                          高層住宅樓剪力墻結構消能減震設計

                          高層住宅樓剪力墻結構消能減震設計

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                          大量地震實例表明,工程建筑進行抗震設防,所造成災害的輕重程度是截然不同的。2014年2月,住房和城鄉建設部在全國范圍內發布了《關于房屋建筑工程推廣應用減隔震技術的若干意見(暫行)》,旨在推進房屋建筑工程應用減隔震技術,并確保工程質量。


                          1   工程概況及抗震性能目標

                          工程位于抗震設防烈度為8度,總建筑面積為35.5萬m2,含有12幢高層住宅樓,12幢高層住宅樓的結構體系均為剪力墻結構。

                          工程抗震設防烈度為8度,設計基本地震加速度為0.20g,設計地震分組為第一組;場地類別為Ⅲ類,場地特征周期為0.42s;場地地震影響系數最大值為0.176;結構阻尼比為0.05。

                          抗震性能目標如下:多遇地震作用下,結構滿足抗規的要求;設防地震作用下,結構破壞程度能有一定的減輕,即高于抗規的標準;罕遇地震作用下,結構的抗震性能達到比抗規提高一度的要求。

                          2 阻尼器選型與計算方法

                          以28#高層住宅樓為例進行分析,此住宅樓地上30層,地下2層,建筑總高度為96.5m。

                          2.1計算假定

                          住宅樓地上部分為獨立結構,主體嵌固部位設置在標高正負零處。根據抗規的要求,在判斷結構整體動力特性如周期、位移時,對樓板采用強制剛性樓板假定;在進行結構承載力計算時,不采用強制剛性樓板假定。計算采用PMSAP軟件進行分析。

                          2.2地震波選取

                          設防地震、罕遇地震作用下的動力時程分析所用地震波選取兩條實際強震記錄地震波和一條人工模擬地震波,其中兩條實際強震記錄地震波選取三類場地波,人工波根據場地類別和地震分組生成。

                          2.3阻尼器選型及布置

                          本工程采用剪切型金屬阻尼器,其動力參數、布設位置和數量通過反復試算進行優化調整后確定。

                          圖2  阻尼器布置方式示意圖

                          通過鋼埋件與鋼構件將阻尼器一側連接于結構墻上;阻尼器另一側通過鋼構件、鋼支座及鋼埋件連接于懸臂的混凝土墻上,此懸臂混凝土墻生根于下一層洞口頂連梁上,懸臂的混凝土墻與主體設寬80mm的縫脫開,以滿足阻尼器最大行程。在地震作用下,阻尼器與懸臂的混凝土墻無相對位移,并隨相連墻肢發生剪切變形,從而形成整個結構的消能減震機制。

                          該住宅樓共布置阻尼器135個,其中X向在2~16層布置,每層4個,共60個;Y向在1~15層布,

                          2.4阻尼器對結構貢獻的考慮

                          多遇地震下,阻尼器處于線彈性工作狀態,并不屈服耗能,但具有一定的剛度。在計算中,通過將阻尼器以支撐的形式輸入模型來計入阻尼器對剛度的影響。

                          附加阻尼比

                          阻尼器在多遇地震作用下為結構提供附加剛度以減小結構的側移,在設防、罕遇地震作用下率先于結構屈服從而耗散地震能量。

                          由兩方向推覆得到的等效附加阻尼比結構位移的變化曲線結構屈服后阻尼器提供不小于3.15%的等效附加阻尼比。

                          考慮到阻尼器在X,Y兩方向所提供的等效附加阻尼比不同,在進行罕遇地震塑性計算時,對結構采用保守的等效附加阻尼比(3.15%)來代替阻尼器進行計算。

                          3計算結果及結果分析

                          8度多遇、設防地震作用下結構響應分析

                          8度多遇、設防地震作用下X向阻尼器滯回曲線

                          結構在8度多遇地震作用下,大部分阻尼器沒有進入屈服階段,且進入屈服階段的阻尼器的屈服位移也很小,阻尼器的設計內力均未超過其額定阻尼力,說明阻尼器在多遇地震作用下處于彈性工作狀態,對結構只貢獻其剛度而不附加阻尼比。

                          9度設防地震作用下結構響應分析

                          9度設防地震作用下計算的結構響應,減震后阻尼器消耗了一部分地震能量使結構在地震作用下的反應明顯降低,阻尼器對結構起到了很好的減震效果。減震后,結構在9度設防地震作用下,實現“中震可修”的設防要求。

                           9度罕遇地震作用下結構響應分析

                          9度罕遇地震作用下阻尼器對結構的減震效果匯。附加阻尼器后結構在9度罕遇地震作用下層間位移角、樓層側移、基底剪力、頂點加速度、頂點位移、等都有一定程度的降低。結構在9度罕遇地震作用下能滿足抗規側移要求,因此該結構可以實現“大震不倒”的設防要求。

                           阻尼器處構件加強措施

                          為保證阻尼器在罕遇地震作用下發揮作用,應確保與阻尼器連接的相關構件在罕遇地震作用下保持彈性狀態,主要措施包括在連接處的連梁內設置型鋼、懸臂的混凝土墻按最大內力加強以及相關墻肢保證彈性配筋等。

                          4  罕遇地震作用下阻尼比計算分析方法

                          在實際位置輸入阻尼器相關參數來計算其提供的實際阻尼比。采用PERFORM-3D軟件計算,人工波罕遇地震作用下,由等效阻尼、實際阻尼兩種計算方法所得到的結構層間位移角、樓層側移及最大基底剪力對比,由等效阻尼方法得到的結構在地震作用下的反應比由實際阻尼方法得到的結構在地震作用下的反應小,此方法提供的附加阻尼較大,表明結構按等效阻尼方法計算是比較理想的假定方法。













                           



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