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建筑结构消能减震设计 09SG610-2

发布于：2015-07-31 21:54:31 来自：建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

消能减震适用范围： 1 ）对抗震安全性有较高要求的新建建筑（包括钢结构、混凝土结构及混合结构的多、高层建筑和大跨建筑等）。 2 ）在风荷载作用下不满足位移或舒适度要求的新建建筑及既有建筑。 3 ）需要抗震加固的既有建筑。 4 ）使用功能有特殊要求的建筑。

消能部件的基本要求： 1 、强度要求：与消能器相连的支撑应保证在消能器最大输出阻尼力作用下处于弹性状态，同时与主体相连的预埋件、节点板等也应处于弹性状态，不得发生滑移、拔出等破坏。

2、稳定性要求：消能部件应保证在消能器最大阻尼力作用下不发生平面内、外整体失稳，同时连接支撑和连接节点不得发生局部失稳。

3、刚度要求：与消能器相连的支撑应具有足够刚度，以保证减震装置中的变形绝大部分发生在消能器上，消能器支撑的刚度应根据计算确定。

4、消能器与连接支撑、主体结构之间的连接节点，应符合钢构件连接、或钢与混节点的最大作用力。凝土构件连接、或钢与钢 - 混凝土组合构件连接的构造要求，并能承担消能器施加给连接

5、消能器的极限位移应不小于罕遇地震或设计风荷载下消能器最大位移的 1.2 倍；消能器的极限速度应不小于罕遇地震或设计风荷载下消能器最大速度的 1.2 倍，且消能器应满足在此极限速度下的强度要求。消能器的极限位移同时还应考虑消能器制造及施工安装偏差。

斜杆型支撑，阻尼器一端铰接，一端法兰连接。特点： 1 ）构造简单，施工方便； 2 ）当结构的层间位移为Δ时，消能器两端的相对位移为Δcosɑ,故其耗能效率较低。

注意事项：1）由于消能器的耗能效率随ɑ角度增大而降低，故其倾角不宜过大，一般为25°~45°；2）由于消能器和斜撑通过法兰连接，消能器会承受其本身及斜撑的自重引起的剪力和弯矩，为减小此剪力和弯矩对消能器长期性能的不利影响，斜撑的长度不宜过大。3）斜撑的计算长度取值应遵循如下原则：计算斜撑的轴向刚度时，计算长度应取其净长。计算平面内、外稳定时，计算长度应取斜撑与消能器的长度总和。

1、对主体结构与支撑、消能器相连的部位及连接节点应采取加强措施，避免其在消能器最大输出力作用下发生破坏。2、粘滞阻尼器安装完毕后应保证活塞处于平衡位置。3、为保证阻尼器能适应平面内、外变形，消能部件与主体结构采用球铰连接。4、为保证斜向支撑在平面内具有足够的转动能力，避免其在结构最大侧向位移条件下与节点板发生碰撞，斜向支撑端板与节点板的间隙：d宜取10~15mm。5、为保证消能器性能的充分发挥，消栓与球铰的间隙宜≤0.1mm。6、为保证球铰连接能适应消能部件的平面外变形，同时消栓处于纯剪状态，建议耳板与两侧节点板之间的间隙为2~3mm。

两斜向支撑与水平支撑的轴线交于一点时，称之为人字型支撑。适用于两端球铰连接的阻尼器。特点：1）支撑杆件较多，连接构造较斜杆型支撑复杂。2）支撑杆件基本为轴向受力，支撑的侧向刚度较大。3）消能器两端的相对位移基本为结构的层间位移，与斜杆型支撑相比其耗能效率较高。4）消能器两端与支撑和主体结构采用球铰连接，消能器仅承受本身自重引起的剪力和弯矩，此剪力和弯矩相对较小，因此消能器基本为轴向受力构件。

注意事项：1）应在支撑顶部设置侧向限位装置以防止其平面外失稳。2）支撑的水平悬臂段长度不宜过大。3）与单侧型相比，在相同的耗能能力条件下，双侧型中单个消能器的阻尼系数、最大输出力及连接节点的受力皆可大幅减小。当采用单侧型支撑时，若消能器的最大输出力及连接节点的受力过大，可考虑改用双侧型支撑。

支撑与主体结构可采用刚接或铰接，当消能器输出力较大时，宜采用刚接。阻尼器与主体结构的连接部位有三种：粱柱节点、梁、柱

两斜向支撑与水平支撑的轴线不交于一点时，称之为门架型支撑。适用于两端球铰连接的消能器。特点：1）布置灵活，可用于跨度较大或建筑有特殊要求（如开门洞）的情况。2）支撑杆件较多，连接构造较斜杆型支撑复杂。3）与人字型支撑相比，由于支撑杆件不汇交于一点，在消能器水平力作用下，支撑中的弯矩会增大其水平变形，相应减小了消能器两端的相对位移，在一定程度上降低了消能器的耗能效率。4）消能器两端与支撑和主体结构采用球铰连接，消能器仅承受本身自重引起的剪力和弯矩，此剪力和弯矩相对较小，因此消能器基本为轴向受力构件。

粘滞阻尼器与新建混凝土结构斜向球铰连接 1与消能部件相连的预埋件在新建混凝土结构中的锚固方式有：对拉锚固、锚筋锚固。抗震设计时，由于预埋件一般位于构件的塑性铰区，为了防止混凝土开裂后锚筋拔出，宜采用对拉锚固；抗风设计时可采用锚筋锚固。2、节点板在粘滞阻尼器的输出力作用下，除具有足够的承载力和刚度外，还应防止其发生失稳破坏，一般可采用增加节点板厚或设置加劲肋等措施。3、消能部件与梁柱同时连接时，相对与梁柱节点偏心较小，受力最为可靠；消能部件连接在梁或柱上时，相对于梁柱节点偏心较大，应考虑偏心受力对于梁、柱的不利影响以及梁柱变形对消能部件的削弱。3种连接中，与柱连接施工最为方便，而对于其他两种，框架梁在对拉锚板处钢筋绑扎和混凝土浇捣较为困难，在设计时可采用增加梁宽、减小钢筋密度等措施。

粘滞阻尼器与既有混凝土结构斜向球铰连接外包钢板应有充分的承载力和刚度，为了防止与消能部件相连的外包钢板发生翘曲变形，可：1）增加外包钢板厚度；2）设置加劲肋；3）当梁柱截面较大时，采用1）、2）难以防止外包钢板发生翘曲时，可采用附加对拉锚栓的方法。同时对拉锚栓可以起到防止外包钢板沿梁轴或柱轴向滑移的作用。

在速度相关型阻尼器的结构减震设计中，当侧向刚度较大时，在地震或风荷载（尤其是风荷载）作用下，结构层间位移可能较小，此时如采用普通消能部件，为了达到较好的减震效果，则需要选择阻尼系数较大的消能器或增加消能器的数量，这将带来不利后果：1）若选择阻尼系数较大的阻尼器，则阻尼器的外形尺寸较大，价格昂贵，同时传给主体结构和支撑的附加内力较大，给主体结构连接构造及支撑的设计带来较大困难；2）若选择增加消能器的数量，则会较多增加减震系统的费用，但同时由于消能器的位移很小，其效能又未被充分利用，造成资源浪费。

为了解决上述问题，可采用位移增效机构。位移增效机构是指通过某种机构，将结构层间位移在消能器处进行放大。通过这种位移放大处理，采用较小阻尼系数的消能器就能获得相同或更好的减震效果。位移增效机构中，在阻尼系数不变的情况下，线性速度相关型消能器的耗能能力与位移放大倍数的平方成正比。能够放大阻尼器两端的相对泣移

普通消能部件和位移增效机构之间的选择，实质是大阻尼系数小位移耗能和小阻尼系数大位移耗能之间的选择。小阻尼系数大位移的耗能效率更高，对安装精度要求更低，对主体结构的相连节点和构件影响更小。

常见的位移增效机构主要有：杠杆式支撑、上肘杆支撑、下肘杆支撑、剪刀式支撑