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高層住宅樓剪力墻結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計(jì)
高層住宅樓剪力墻結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計(jì)
大量地震實(shí)例表明,工程建筑進(jìn)行抗震設(shè)防,所造成災(zāi)害的輕重程度是截然不同的。2014年2月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在全國(guó)范圍內(nèi)發(fā)布了《關(guān)于房屋建筑工程推廣應(yīng)用減隔震技術(shù)的若干意見（暫行）》，旨在推進(jìn)房屋建筑工程應(yīng)用減隔震技術(shù)，并確保工程質(zhì)量。 1 工程概況及抗震性能目標(biāo) 工程位于抗震設(shè)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(jié)構(gòu)體系均為剪力墻結(jié)構(gòu)。 工程抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組；場(chǎng)地類別為Ⅲ類，場(chǎng)地特征周期為0.42s；場(chǎng)地地震影響系數(shù)最大值為0.176；結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05。 抗震性能目標(biāo)如下：多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)滿足抗規(guī)的要求；設(shè)防地震作用下，結(jié)構(gòu)破壞程度能有一定的減輕，即高于抗規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)；罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)的抗震性能達(dá)到比抗規(guī)提高一度的要求。 2 阻尼器選型與計(jì)算方法 以28#高層住宅樓為例進(jìn)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(jì)算假定 住宅樓地上部分為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，主體嵌固部位設(shè)置在標(biāo)高正負(fù)零處。根據(jù)抗規(guī)的要求，在判斷結(jié)構(gòu)整體動(dòng)力特性如周期、位移時(shí)，對(duì)樓板采用強(qiáng)制剛性樓板假定；在進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算時(shí)，不采用強(qiáng)制剛性樓板假定。計(jì)算采用PMSAP軟件進(jìn)行分析。 2.2地震波選取 設(shè)防地震、罕遇地震作用下的動(dòng)力時(shí)程分析所用地震波選取兩條實(shí)際強(qiáng)震記錄地震波和一條人工模擬地震波，其中兩條實(shí)際強(qiáng)震記錄地震波選取三類場(chǎng)地波，人工波根據(jù)場(chǎng)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(dòng)力參數(shù)、布設(shè)位置和數(shù)量通過反復(fù)試算進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整后確定。 圖2 阻尼器布置方式示意圖 通過鋼埋件與鋼構(gòu)件將阻尼器一側(cè)連接于結(jié)構(gòu)墻上；阻尼器另一側(cè)通過鋼構(gòu)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(shè)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(duì)位移，并隨相連墻肢發(fā)生剪切變形，從而形成整個(gè)結(jié)構(gòu)的消能減震機(jī)制。 該住宅樓共布置阻尼器135個(gè)，其中X向在2~16層布置，每層4個(gè)，共60個(gè)；Y向在1~15層布, 2.4阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)的考慮 多遇地震下，阻尼器處于線彈性工作狀態(tài)，并不屈服耗能，但具有一定的剛度。在計(jì)算中，通過將阻尼器以支撐的形式輸入模型來計(jì)入阻尼器對(duì)剛度的影響。 附加阻尼比 阻尼器在多遇地震作用下為結(jié)構(gòu)提供附加剛度以減小結(jié)構(gòu)的側(cè)移，在設(shè)防、罕遇地震作用下率先于結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)位移的變化曲線結(jié)構(gòu)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(jìn)行罕遇地震塑性計(jì)算時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)采用保守的等效附加阻尼比（3.15%）來代替阻尼器進(jìn)行計(jì)算。 3計(jì)算結(jié)果及結(jié)果分析 8度多遇、設(shè)防地震作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析 8度多遇、設(shè)防地震作用下X向阻尼器滯回曲線 結(jié)構(gòu)在8度多遇地震作用下，大部分阻尼器沒有進(jìn)入屈服階段，且進(jìn)入屈服階段的阻尼器的屈服位移也很小，阻尼器的設(shè)計(jì)內(nèi)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(tài)，對(duì)結(jié)構(gòu)只貢獻(xiàn)其剛度而不附加阻尼比。 9度設(shè)防地震作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析 9度設(shè)防地震作用下計(jì)算的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，減震后阻尼器消耗了一部分地震能量使結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)明顯降低，阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)起到了很好的減震效果。減震后，結(jié)構(gòu)在9度設(shè)防地震作用下，實(shí)現(xiàn)“中震可修”的設(shè)防要求。 9度罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析 9度罕遇地震作用下阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)的減震效果匯。附加阻尼器后結(jié)構(gòu)在9度罕遇地震作用下層間位移角、樓層側(cè)移、基底剪力、頂點(diǎn)加速度、頂點(diǎn)位移、等都有一定程度的降低。結(jié)構(gòu)在9度罕遇地震作用下能滿足抗規(guī)側(cè)移要求，因此該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)“大震不倒”的設(shè)防要求。 阻尼器處構(gòu)件加強(qiáng)措施 為保證阻尼器在罕遇地震作用下發(fā)揮作用，應(yīng)確保與阻尼器連接的相關(guān)構(gòu)件在罕遇地震作用下保持彈性狀態(tài)，主要措施包括在連接處的連梁內(nèi)設(shè)置型鋼、懸臂的混凝土墻按最大內(nèi)力加強(qiáng)以及相關(guān)墻肢保證彈性配筋等。 4 罕遇地震作用下阻尼比計(jì)算分析方法 在實(shí)際位置輸入阻尼器相關(guān)參數(shù)來計(jì)算其提供的實(shí)際阻尼比。采用PERFORM-3D軟件計(jì)算，人工波罕遇地震作用下，由等效阻尼、實(shí)際阻尼兩種計(jì)算方法所得到的結(jié)構(gòu)層間位移角、樓層側(cè)移及最大基底剪力對(duì)比,由等效阻尼方法得到的結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)比由實(shí)際阻尼方法得到的結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)小，此方法提供的附加阻尼較大，表明結(jié)構(gòu)按等效阻尼方法計(jì)算是比較理想的假定方法。 |
