建筑结构设计中的阻尼比

一、 阻尼比的概念

   《 预应力混凝土结构抗震设计标准 》 JGJ ／ T 140-2019 中 2.1.4 条阻尼比的定义：实际阻尼与临界阻尼的比值。

    阻尼就是使 自由振动 衰减的各种摩擦和其他阻碍作用。阻尼比在土木、机械、航天等领域是结构动力学的一个重要概念，指 阻尼系数 与 临界阻尼系数 之比，表达结构体标准化的阻尼大小 （百度百科的定义） 。

二、 阻尼比在结构设计中的作用

    阻尼比是无单位 量纲 ，表示了结构在受激振后振动的衰减形式。

    阻尼比是结构抗震设计时必须使用的结构特性指标，也是结构设计中相当重要的设计参数，是每一位结构设计人员都要掌握的基础和概念。

三、 抗震设计中各规范对于不同材料和结构形式的阻尼比的取值规定

1、 《 建筑抗震设计规范 》 GB50011-2010 第 5.1.5 条规定 ：

        5.1.5 条 第 1 款： 除有专门规定外，建筑结构的阻尼比应取 0.05 。

2、 《 建筑抗震设计规范 》 GB50011-2010 第 8.2.2 条规定 和《高层民用建筑钢结构技术规程》 JGJ99-2015 第 5.4.6 条相同：

         8.2.2 钢结构抗震计算的阻尼比 宜符合下列规定：

  （ 1 ）多遇地震下的计算，高度不大于 50m 时可取 0.04 ； 高度大于 50m 且小于 200m 时可取 0.03 ； 高度不小于 200m 时宜取 0.02 。

  （ 2 ）当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的 50% 时，其阻尼比可比本条 1 款相应增加 0.005 。

  （ 3 ）罕遇地震下的弹塑性分析，阻尼比可取 0.05 。

3、 《 建筑抗震设计规范 》 GB50011-2010 第 9.2.5 条规定 ：

        9.2.5 厂房抗震计算时，应根据屋盖高差、起重机设置情况，采用与厂房结构的实际工作状况相适应的计算模型计算地震作用。

    单层厂房的阻尼比 ，可依据屋盖和围护墙的类型，取 0.045 ～ 0.05 。

4、 《 建筑抗震设计规范 》 GB50011-2010 第 10.2.8 条规定 ：

        10.2.8 屋盖钢结构 和下部支撑结构协同分析时，阻尼比应符合下列规定：

   （ 1 ）当下部支撑结构为钢结构或者屋盖直接支撑在地面时，阻尼比可取 0.02 。

   （ 2 ）当下部支撑结构为混凝土结构时，阻尼比可取 0.025~0.035 。

5、 《 建筑抗震设计规范 》 GB50011-2010 第 C.0.6 条规定 ：

        C.0.6 预应力混凝土结构 的抗震计算，除应符合本规范第 5 章的规定外，尚应符合下列规定：

   （ 1 ）预应力混凝土结构自身的阻尼比可采用 0.03 ，并可按钢筋混凝土结构部分和预应力混凝土结构部分在整个结构总变形能所占的比例折算为等效阻尼比。

6、 《 建筑抗震设计规范 》 GB50011-2010 第 G.1.4 条规定 ：

         G.1.4 钢支撑 - 混凝土框架结构 的抗震计算，尚应符合下列要求：

   （ 1 ）结构的阻尼比不应大于 0.045 ，也可按混凝土框架部分和钢支撑部分在结构总变形能所占的比例折算为等效阻尼比。

7、 《 建筑抗震设计规范 》 GB50011-2010 第 G.2.4 条规定 ：

          G.2.4 钢框架 - 钢筋混凝土核心筒结构 的抗震计算，尚应符合下列要求：

   （ 1 ）结构的阻尼比不应大于 0.045 ，也可按钢筋混凝土筒体部分和钢框架部分在结构总变形能所占的比例折算为等效阻尼比。

8、 《 建筑抗震设计规范 》 GB50011-2010 第 H.2.6 条 第 2 款的 规定 ：

       H.2.6 多层钢结构厂房 的地震作用计算，尚应符合下列规定：

   （ 2 ）在多遇地震下，结构阻尼比可采用 0.03 ～ 0.04 ；在罕遇地震下，阻尼比可采用 0.05 。

9、 《混凝土结构设计规范》 GB50011-2010 第 11.8.3 条第 1 款规定：

       11.8.3 条第 1 款： 预应力混凝土框架结构 的阻尼比宜取 0.03 ；在 框架 - 剪力墙结构、框架 - 核心筒结构及板柱 - 剪力墙结构 中，当仅采用预应力混凝土梁或板时，阻尼比应取 0.05 ；

10、 《 预应力混凝土结构 抗震设计标准 》 JGJ ／ T 140-2019 第 3.2.2 条规定：

        3.2.2 预应力混凝土结构部分的阻尼比可采用 0.03 ；结构的等效阻尼比可按钢筋混凝土结构部分和预应力混凝土结构部分在整个结构总变形能所占的比例进行折算；对于框架结构，也可按表 3.2.2-1 的规定取值，其中ξ为预应力混凝土结构所承担竖向荷载的结构面积占总结构面积的比值，应按两个方向分别计算并取较大值；其他结构可按表 3.2.2-2 取值。

表 3.2.2-1 框架结构的等效阻尼比

表 3.2.2-2 其他结构的等效阻尼比

11、 《 钢结构 设计标准》 GB50017-2017 第 17.2.1 条规定：

         17.2.1 条 第 4 款： 弹 性分析的阻尼比可按现行国家标准《建筑抗震设计规范》 GB 50011 的规定采用，弹塑性分析的阻尼比可适当增加，采用等效线性化方法时不宜大于 5 ％；

12、 《空间网格结构技术规程》 JGJ7-2010 第 4.4.10 条的规定：

          4.4.10 在进行结构地震效应分析时，对于周边落地的 空间网格结构 ，阻尼比值可取 0.02 ，对设有混凝土结构支撑体系的空间网格结构，阻尼比值可取 0.03.

13、 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》 GB 51022-2015 第 6.2.1 条规定：

        6.2.1   计算 门式刚架 地震作用时，其阻尼比取值应符合下列规定：

   （ 1 ）、封闭式房屋可取 0.05 ；

   （ 2 ）、敞开式房屋可取 0.035 ；

   （ 3 ）、其余房屋应按外墙面积开孔率插值计算。

14、 《 组合结构设计规范 》 JGJ 138-2016 第 4.3.6 条规定（包括《 高层建筑混凝土结构技术规程 》 JGJ3-2010 第 11.3.5 条规定）：

        4.3.6 组合结构 在多遇地震作用下的结构阻尼比可取为 0.04 ，房屋高度超过 200m 时，阻尼比可取为 0.03 ；当楼盖梁采用钢筋混凝土梁时，相应结构阻尼比可增加 0.01 ；风荷载作用下楼层位移验算和构件设计时，阻尼比可取为 0.02~0.04 ；结构舒适度验算时的阻尼比可取为 0.01~0.02 。

15、 《钢管混凝土结构技术规范》 GB 50936-2014 第 4.3.9 条规定：

        4.3.9 采用钢梁的 实心钢管混凝土结构 在多遇地震作用下的阻尼比可按表 4.3.9 取值，并应依据实际情况确定，在罕遇地震作用下的结构阻尼比可取 0.050 。

   表 4.3.9 多遇地震下实心钢管混凝土结构阻尼比

注：当采用钢筋混凝土梁时，相应结构阻尼比可按表中数值增加 0.005 。

16、 《钢管混凝土结构技术规范》 GB 50936-2014 第 4.4.4 条规定：

         4.4.4 工业厂房中， 空心钢管混凝土结构 在多遇地震作用下的阻尼比可取 0.035 ，在罕遇地震作用下的结构阻尼比可取 0.050 。

17、 《 钢筒仓 技术规范》 GB 50884-2013 第 4.3.7 条规定

         4.3.7 地震作用下贮料对于仓壁的地震压力计算阻尼比应采用 0.10 ；钢筒仓支架阻尼比根据结构材料确定，混凝土应采用 0.05 ，钢结构应采用 0.035 。

18、 《 构筑物 抗震设计规范》 GB 50191-2012 各种构筑物阻尼比的规定

         7.2.1 条中：钢框排架结构的阻尼比可取 0.03 。

        8.2.3 锅炉钢结构在多遇地震下的阻尼比，对于单机容量小于 25MW 的轻型或重型炉墙锅炉，可采用 0.05 ；对于单机容量不大于 200MW 的悬吊式锅炉，可采用 0.04 ；对于大于 200MW 的悬吊锅炉，可采用 0.03 ；罕遇地震下的阻尼比均可采用 0.05 。

         9.2.3 条第 2 款：钢筒仓在多遇地震下的阻尼比可取 0.03 ，在罕遇地震下的阻尼比可取 0.04 。

         10.2.3 钢筋混凝土井架的阻尼比可采用 0.05 ；钢井架多遇地震下的阻尼比可采用 0.03 ，罕遇地震下的阻尼比可取 0.04 。

         11.2.3 钢筋混凝土井塔的阻尼比可采用 0.05 ；钢井塔在多遇地震下的阻尼比可采用 0.03 ，在罕遇地震下的阻尼比可采用 0.04 。

          13.2.7 电视塔的阻尼比可按表 13.2.7 选取。

     表 13.2.7 电视塔的阻尼比

        14.2.3 塔型设备的阻尼比可取 0.035 。

        19.2.2 储罐结构的阻尼比可取 0.04 。

         20.2.2 球罐结构的阻尼比可取 0.035 。

         24.2.3 索道支架进行抗震计算时，钢筋混凝土支架的结构阻尼比可取 0.05 ，钢支架的结构阻尼比可取 0.03 。

四、 风荷载计算中阻尼比的取值

1、 《建筑结构荷载规范》 GB 50009-2012 第 8.4.4 条的规定：

     ζ 1 ——结构阻尼比，对钢结构可取 0.01 ，对有填充墙的钢结构房屋可取 0.02 ，对钢筋混凝土及砌体结构可取 0.05 ，对其他结构可根据工程经验确定。

2、 《钢管混凝土结构技术规范》 GB 50936-2014 第 4.2.6 条规定：

        4.2.6 房屋高度不小于 150m 采用钢管混凝土结构的房屋建筑应满足风振舒适度要求。在现行国家标准《建筑结构荷载规范》 GB 50009 规定的 10 年一遇的风荷载标准值作用下，结构顶点的顺风向和横风向振动最大加速度计算值不应超过表 4.2.6 的限值。结构顶点的顺风向最大加速度可按现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》 JGJ 99 的有关规定计算，横风向振动最大加速度可按现行国家标准《建筑结构荷载规范》 GB 50009 的有关规定计算，计算时阻尼比宜取 0.01 ～ 0.02 。

五、 小结

        1 、抗震设计中，由于阻尼比的取值对结构的地震效应影响大，对反应谱的影响也大，所以在建筑设计中必须结合结构体系选取符合实际的阻尼比取值。

         2 、风荷载风振计算中的阻尼比按相应规范取值。