大量地震實例表明,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。但經(jīng)過抗震設(shè)防和加固的建筑工程也并不能完全有效地防御地震造成的破壞。隔震消能技術(shù)為中國在減輕房屋水平地震災(zāi)害中提供了一條行之有效的新途徑。2014年2月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在全國范圍內(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）》，旨在有序推進(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)
本工程（圖1）位于抗震設(shè)防烈度為8度的唐山市豐南區(qū)，總建筑面積為35萬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)。
本工程抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度為0.20g，設(shè)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(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95.6m。
2.1計算假定
住宅樓地上部分為獨立結(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)整體動力特性如周期、位移時，對樓板采用強(qiáng)制剛性樓板假定；在進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載力計算時，不采用強(qiáng)制剛性樓板假定。計算采用PMSAP與PERFORM-3D有限元軟件進(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力時程分析所用地震波選取兩條實際強(qiáng)震記錄地震波和一條人工模擬地震波，其中兩條實際強(qiáng)震記錄地震波選取三類場地波LWD_90波和namjyeong-2波，人工波根據(jù)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(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。基本參數(shù)：阻尼器+支撐的第一剛度為1×106kN/m，第二剛度為0；阻尼器屈服力為300kN，額定行程為4cm，最大行程為5cm。阻尼器布置方式示意圖見圖2。
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位移，并隨相連墻肢發(fā)生剪切變形，從而形成整個結(jié)構(gòu)的消能減震機(jī)制。
該住宅樓共布置阻尼器120個，其中X向在2~16層布置，每層4個，共60個；Y向在1~15層布置，每層4個，共60個。阻尼器平面布置示意圖見圖3。
2.4阻尼器對結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)的考慮
2.4.1以支撐形式考慮
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。在計算中，通過將阻尼器以支撐的形式輸入模型來計入阻尼器剛度的影響（圖4）。
圖4 阻尼器支撐模型
2.4.2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)位移的變化曲線見圖5，從圖5可以看出，結(jié)構(gòu)屈服后阻尼器提供不小于3.1%的等效附加阻尼比。
圖5 等效附加阻尼比-結(jié)構(gòu)位移變化曲線
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)行罕遇地震塑性計算時，對結(jié)構(gòu)采用保守的等效附加阻尼比（3.1%）來代替阻尼器進(jìn)行計算。
3 計算結(jié)果及結(jié)果分析
3.1 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向阻尼器滯回曲線見圖6。
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)，對結(jié)構(gòu)只貢獻(xiàn)其剛度而不附加阻尼比。
8度設(shè)防地震作用下，大部分阻尼器進(jìn)入屈服階段，阻尼器開始給結(jié)構(gòu)提供附加阻尼比，從而消耗地震能量，但消能減震效果不太明顯。
3.2 9度設(shè)防地震作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析
9度設(shè)防地震作用下計算的結(jié)構(gòu)響應(yīng)如圖7~9所示。可見，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，能實現(xiàn)“中震可修”的設(shè)防要求。
圖8 某連梁彎矩-轉(zhuǎn)角曲線
3.3 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結(jié)構(gòu)的減震效果匯總見表1?？梢?，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、頂點加速度、頂點位移、最大壓應(yīng)變等均有一定程度的降低。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，結(jié)合FEMA規(guī)范可以判斷連梁和剪力墻都可以實現(xiàn)CP狀態(tài)，即防止倒塌狀態(tài)，因此該結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)“大震不倒”的設(shè)防要求。
9度罕遇地震下阻尼器對結(jié)構(gòu)的減震效果 表1
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，本工程連梁加強(qiáng)措施如圖10所示。
4 罕遇地震作用下阻尼比計算方法分析
在實際位置輸入阻尼器相關(guān)參數(shù)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(jié)構(gòu)層間位移角、樓層側(cè)移及最大基底剪力對比分別見圖11~13。
圖11 結(jié)構(gòu)層間位移角對比
圖12 結(jié)構(gòu)樓層側(cè)移對比
圖13 結(jié)構(gòu)最大基底剪力對比
由圖可知，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)按等效阻尼方法計算是比較理想的假定方法。
更多內(nèi)容詳見2015年《建筑結(jié)構(gòu)》第14期文章《高層剪力墻結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計》；作者：郝嶸，謝龍寶，李輝，李洪求；作者單位：北京維拓時代建筑設(shè)計有限公司。
