建筑结构丨独家专访广东省院区彤：景观塔的变阻尼振震双控设计

肇庆新区景观塔坐落于广东省肇庆市肇庆新区环路与上广路交接处，最高点建筑高度为168.9m。设计单位为广东省建筑设计研究院有限公司。此项目的论文《景观塔两级变阻尼电涡流TMD减振分析与试验研究》已刊登于《建筑结构》2021年第13期。为了深入探索本项目的设计相关内容，《建筑结构》杂志社小编特别邀请到了广东省建筑设计研究院有限公司结构副总工程师，兼机场设计研究院总工程师，也是本项目的结构总工程师  区彤  ，就大家关心的景观塔的结构设计问题进行了  线上采访  。

区总，您好。景观塔高径比为13.4，建筑平面上大下小，您是怎么想到采用调谐质量阻尼器进行减振（震）控制？

景观塔高度大、体形纤细、结构布置较为独特，属于风敏感结构。我们在接到这个项目的第一时间，就判断该项目13.4高径比的单筒结构要满足舒适度要求必须采用减振（震）措施。因此在结构方案比选阶段，我们建立了多种不同结构体系的计算模型进行对比，例如钢筋混凝土筒体方案、钢板剪力墙方案等，计算结果也印证了我们的判断：仅增大结构刚度，无法满足景观塔舒适度的要求。

在国内采用调谐质量阻尼器进行减振（震）控制，我们不是第一家。例如广州电视塔，高径比7.5，采用了两级变阻尼调谐质量阻尼器和主动质量阻尼器组成的混合控制系统，再如上海中心，高径比7.0，采用悬挂式的电涡流调谐控制系统。我们结合本项目的实际情况，以不另外增加结构重量为前提，利用顶部的消防水箱作为调谐质量对结构振动进行控制，进而拓展了后续的减振（震）设计思路。

您刚才提到结构方案对比，如果高耸结构采用调谐质量阻尼器的减振（震）设计思路，应该怎么进行结构体系的选型？

高耸结构一般是风控，风致振动以第一阶模态响应为主，因此采用调谐质量阻尼器的减振结构选型时应优先选用第一振型质量参与系数高的结构体系以实现高效减振。同时，应尽量避免基底受拉，从而具有更好的经济性。景观塔在结构选型时，分别对钢板剪力墙方案、在不同楼层设置钢支撑的钢板剪力墙+钢支撑方案、钢框架+钢支撑方案、不同加强部位的钢筋混凝土筒体等十余种体系进行对比，最终选定了第一振型质量参与系数高，且基底无零应力区的结构体系：钢筋混凝土筒体+顶部外钢框架。模拟分析和振动台试验结果都印证了这一观点。

调谐质量阻尼器设置两级阻尼的构思非常新颖，是有什么特别考虑吗？

景观塔受限于建筑平面，核心筒直径只有12.6m，这也是高径比高达13.4的根本原因。核心筒内部有竖向电梯间、楼梯间等垂直运输区域，建筑空间限制了阻尼器的最大位移。在狭小空间和不另外增加质量的条件下，如何达到最大的减振（震）效果是关键。我们以最常遇的十年一遇风荷载作用下结构的舒适度作为一级阻尼的控制目标，一级阻尼为减振效率最高的行程区段；二级阻尼用于控制其它荷载工况，此时，以牺牲一定的减振（震）效率来保证其它荷载工况下的阻尼器行程在建筑空间范围内。

最后一个问题，新型阻尼器两级阻尼的量程是怎么确定的？超出最大量程会怎么样？

第一级阻尼的量程，由十年一遇横风向横风共振时阻尼器的最大位移确定，为±200mm。我们团队通过对不同频遇年限的风荷载、不同超越概率的地震作用下阻尼器的行程进行分析，得到罕遇地震作用下的行程大于百年一遇风荷载作用下的行程，罕遇地震发生的概率为1600年~2500年一遇，因此以罕遇地震作用下阻尼器的最大位移作为二级阻尼的最大量程，为±900mm。在极罕遇地震作用下，阻尼器位移会超出最大量程，对此我们作了两种情况的对比分析：（1）在双向滑轨±900mm的位移处设置锁定装置。当阻尼器位移超出最大量程，立即被锁定装置锁定，此后不起减震作用，阻尼器以作用在±900mm处的偏心质量块的方式与主体结构一起运动。（2）在双向滑轨±900mm的位移处增大端板的强度和抗冲击性能。当阻尼器超出量程后第一次撞击轨道端板并反弹，此后可能产生反复撞击并反弹的现象。我们对景观塔进行了极罕遇地震作用下的地震反应分析，对比研究了阻尼器超出最大量程后被锁定装置锁定或撞击轨道端板并反弹对结构产生的影响，并根据较优情况进行结构设计。这部分的研究成果，我们整理后将以小论文的形式发表出来。本项目的减振（震）设计方法，对航管塔、气象塔等设备要求要的高耸结构具有参考意义。