1、消能減震技術(shù)在高烈度區(qū)框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用摘要：傳統(tǒng)的高烈度區(qū)框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)主要通過(guò)增大構(gòu)件截面以提高結(jié)構(gòu)剛 度來(lái)抵抗地震作用，相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的硬抗”，消能減震結(jié)構(gòu)則是通過(guò)設(shè)置耗能 構(gòu)件、提高結(jié)構(gòu)阻尼的方法來(lái)消減地震力，從而提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。近些年來(lái)， 國(guó)家大力推廣消能減震技術(shù)，地方政府也發(fā)布了相關(guān)文件，要求特定建筑強(qiáng)制采 用隔減震技術(shù)及措施，隔減震設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸成為工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域里一項(xiàng)常規(guī)任務(wù)。 框架結(jié)構(gòu)在高烈度區(qū)抗震性能較弱，采用隔減震技術(shù)可以提高結(jié)構(gòu)剛度，增加阻 尼，降低地震力，增加一道抗震防線，有效保護(hù)主體結(jié)構(gòu)，并在一定程度上降低 結(jié)構(gòu)造價(jià)，減震技術(shù)相較于隔震技術(shù)在框架結(jié)構(gòu)中應(yīng)用更廣泛，同

2、時(shí)經(jīng)濟(jì)性更好。關(guān)鍵詞：消能減震；高地震烈度；框架結(jié)構(gòu)；彈塑性分析0引言消能減震技術(shù)在結(jié)構(gòu)抗震中被大力推廣和應(yīng)用，在許多高烈度區(qū)學(xué)校、醫(yī)院、 應(yīng)急指揮中心等建筑都被強(qiáng)制要求采用該項(xiàng)技術(shù)。本文介紹了部分地區(qū)政府對(duì)消 能減震技術(shù)的要求，簡(jiǎn)述了消能減震技術(shù)特點(diǎn)，并以某典型幼兒園框架結(jié)構(gòu)為例， 對(duì)比傳統(tǒng)方案與消能減震方案分別在7度、8度、9度地區(qū)的結(jié)構(gòu)性能，給出了 在不同烈度區(qū)的消能減震策略建議，分析結(jié)果表明消能減震方案可以明顯的提高 結(jié)構(gòu)整體抗震能力，大震下耗能顯著，同時(shí)也具有長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益。1高烈度區(qū)消能減震技術(shù)要求及特點(diǎn)1.1國(guó)家及地方強(qiáng)制要求國(guó)家住房城鄉(xiāng)建設(shè)部2018年2月1日發(fā)布建設(shè)工程抗震管理

3、條例（征求意 見(jiàn)稿）公開(kāi)征求意見(jiàn)，文件中第十八條減震隔震推廣提出“位于高烈度設(shè)防地區(qū) 的新建學(xué)校、醫(yī)院、應(yīng)急指揮中心等應(yīng)當(dāng)采用減震隔震技術(shù)。由此可見(jiàn)，國(guó)家正 在加快推進(jìn)全面普及采用隔減震技術(shù)，對(duì)特定重點(diǎn)設(shè)防結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)和施工都提 出了更高的要求。近幾年來(lái)各地方要求強(qiáng)制采用隔減震技術(shù)。相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 減震結(jié)構(gòu)要經(jīng)歷更嚴(yán)格的審查，需提交減震專篇的分析報(bào)告和產(chǎn)品配合圖設(shè)計(jì)、 子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要審查要點(diǎn)包括：抗側(cè)力結(jié)構(gòu)與阻尼器布置的合理性，整體結(jié)構(gòu) 平面和豎向布置的規(guī)則性；位移指標(biāo)滿足規(guī)范，在大震彈塑性下位移角滿足要求; 消能器在地震下的工作性能，關(guān)鍵構(gòu)件的性能化設(shè)計(jì)，附加阻尼和有效剛度等等。 合理的

4、消能減震方案在設(shè)計(jì)中十分重要，需要與廠家配合不斷優(yōu)化才能同時(shí)滿足 安全性和經(jīng)濟(jì)性要求。1.2技術(shù)特點(diǎn)地震發(fā)生時(shí)，結(jié)構(gòu)吸收大量地震能量必須通過(guò)轉(zhuǎn)換地震能量或者自身破壞耗 能才能最終停止地震反應(yīng)。減震技術(shù)是通過(guò)新加消能構(gòu)件或者改變?cè)袠?gòu)件的耗 能屬性提高耗能能力，在地震發(fā)生時(shí)，耗能構(gòu)件進(jìn)入塑性狀態(tài)，通過(guò)滯回耗能消 耗地震能量，同時(shí)產(chǎn)生附加阻尼，從而避免主體結(jié)構(gòu)遭受更嚴(yán)重破壞，減少地震 的災(zāi)害。相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，消能減震的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：1.傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在大震 中破壞耗能路徑不清晰，結(jié)構(gòu)安全性風(fēng)險(xiǎn)較大；消能結(jié)構(gòu)的消能構(gòu)件（消能支撐、 消能剪力墻等）能在大震中首先消耗掉地震能量，迅速衰減結(jié)構(gòu)對(duì)地震的反應(yīng)

5、， 從而保護(hù)承重構(gòu)件。2.技術(shù)合理性，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)通過(guò)不斷的增加剛度來(lái)提高抗力， 同時(shí)構(gòu)件也會(huì)吸收更大的地震力，惡性循環(huán)；消能結(jié)構(gòu)利用材料的性能，在結(jié)構(gòu) 整體剛度不變的情況下，增加了結(jié)構(gòu)的阻尼，從而減少了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震力。3. 消能抗震結(jié)構(gòu)方案性價(jià)比較高，具有比較好的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益。2應(yīng)用案例2.1工程概況本文以某項(xiàng)目典型框架結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，建筑面積2000m2,地上3層，層高 3.8m，總高度11.4m，對(duì)其在7度勺度地區(qū)地震下的結(jié)構(gòu)減震結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì) 和分析，給出相應(yīng)減震策略建議。2.2消能器的布置綜合考慮結(jié)構(gòu)抗震性能、建筑使用功能，本工程消能器布置位置見(jiàn)圖2, X向 和Y向分別設(shè)置4個(gè)和3個(gè)

6、阻尼器，布置上下貫通落地，保證兩個(gè)方向結(jié)構(gòu)剛度 相匹配。2.3模型準(zhǔn)確性校核使用YJK和ETABS有限元軟件分別建立結(jié)構(gòu)的三維有限元模型，以8度 （0.2g）條件下的原模型為例，通過(guò)對(duì)比計(jì)算結(jié)構(gòu)來(lái)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。2.4高烈度區(qū)消能減震策略7度區(qū)減震策略三層框架結(jié)構(gòu)在高烈度區(qū)設(shè)計(jì)中主要難點(diǎn)是整體抗側(cè)力剛度較弱，在7度區(qū) 建議采用屈曲約束支撐（BRB）應(yīng)對(duì)消能減震的要求。由下表3可見(jiàn)，在原有結(jié) 構(gòu)中增加BRB在小震時(shí)可以提高結(jié)構(gòu)剛度，使得整體結(jié)構(gòu)滿足位移角要求。大震 時(shí)耗能增加結(jié)構(gòu)延性，起到二道防線作用。BRB在YJK中定義為支撐，在特殊構(gòu) 件中補(bǔ)充定義連接屬性為屈曲約束支撐，在ETABS中定義

7、為Plastic（Wen）的Link 單元，在軟件中需定義相應(yīng)的剛度、屈服應(yīng)力和屈服指數(shù)。BRB在消能減震結(jié)構(gòu) 中運(yùn)用最廣泛，技術(shù)比較成熟，造價(jià)較低，在7度區(qū)結(jié)構(gòu)中采用可以滿足工程要 求。8度區(qū)減震策略8度區(qū)整體結(jié)構(gòu)模型需在7度區(qū)結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上增大剛度，建筑布置和結(jié) 構(gòu)形式微小調(diào)整，豎向構(gòu)件和水平構(gòu)件截面尺寸加大，_柱截面從中柱400 x400、 角柱500 x500增大到中柱500 x500、角柱600 x600。可采用BRB或速度型阻尼器 （VFD）方案，采用VFD方案可以在小震時(shí)耗能，提供附加阻尼，減小地震作用。 在VFD方案中可以減少阻尼器數(shù)量，每個(gè)方向設(shè)置2個(gè)阻尼器，附加阻尼比約

8、7%，地震基底剪力由3800kN降低至2900kN，相當(dāng)于地震烈度降低半度。阻尼器 參數(shù)由具體項(xiàng)目廠家提供。9度區(qū)減震策略位于9度區(qū)的框架結(jié)構(gòu)采用傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致梁柱截面過(guò)大，提高結(jié)構(gòu) 的剛度在地震作用下結(jié)構(gòu)的受力也會(huì)增加，在安全性上難以保證也會(huì)極大的增加 工程造價(jià)。建議采用速度型阻尼器（VFD），在小震情況下耗能，增加整體結(jié)構(gòu) 的阻尼，減小地震力從而達(dá)到消能減震的效果。由9度區(qū)減震與非減震結(jié)構(gòu)性能 可見(jiàn)，整體結(jié)構(gòu)剛度并沒(méi)有顯著變化，但由于整體阻尼增加（附加阻尼X向8%， Y向12%），地震力降低使結(jié)構(gòu)整體受力減小，使得結(jié)構(gòu)可以滿足整體指標(biāo)的要 求。2.5大震下性能分析BRB在小震情況下不

9、屈服，僅提供剛度，在大震時(shí)屈服耗能，提供阻尼， BRB耗能約占大震輸入總能量的27%，說(shuō)明罕遇地震下消能器耗能能力顯著，可 以作為結(jié)構(gòu)的一道防線，在地震作用下屈服工作來(lái)保護(hù)主體結(jié)構(gòu)。2.6經(jīng)濟(jì)性比較在框架結(jié)構(gòu)中采用減震結(jié)構(gòu)體系費(fèi)用變化占總造價(jià)比例很小，以8度區(qū)為例， 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系通過(guò)增加豎向構(gòu)件截面提高結(jié)構(gòu)剛度來(lái)滿足規(guī)范要求，鋼筋和混凝 土量較多，減震結(jié)構(gòu)則需要根據(jù)廠家報(bào)價(jià)增加減震設(shè)備的費(fèi)用，短期的綜合造價(jià) 相差不大。從長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益分析，結(jié)構(gòu)整體提高了抗震能力，減少了未來(lái)可能發(fā) 生的加固維修費(fèi)用，在地震中也可以有效的保護(hù)室內(nèi)設(shè)備、物品免受損害，從而 減少經(jīng)濟(jì)損失帶來(lái)長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益。3結(jié)論本文總結(jié)

10、了消能減震在高烈度區(qū)要求，并以某幼兒園框架結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行分析， 主要結(jié)論如下：（1）消能減震技術(shù)正在做為強(qiáng)制性要求被大力推廣，在實(shí)踐中減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 需滿足更高的審查要求。（2）對(duì)于高烈度區(qū)的框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，根據(jù)地震烈度、結(jié)構(gòu)整體受力給出了相應(yīng) 的減震策略，烈度較低時(shí)屈曲約束支撐可滿足要求，烈度較高時(shí)建議采用速度型 阻尼器，具體項(xiàng)目還可以采用金屬阻尼器、粘滯阻尼墻等，需根據(jù)具體項(xiàng)目廠家 提供配合設(shè)計(jì)、組合并優(yōu)化。（3）消能器在高烈度區(qū)框架結(jié)構(gòu)中可以很好的發(fā)揮工作性能，小震下提高剛度、 增加阻尼，保證小震不壞”，大震下參與耗能保護(hù)結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)滿足大震不倒 的抗震要求，同時(shí)也具有良好的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)：李曉瑋，施衛(wèi)星,王建峰，等.某框架結(jié)構(gòu)減、隔震