多层RC框架+VFD减震结构抗震性能分析

多层RC框架+VFD减震结构抗震性能分析

刘星禹，刘立德，王鹏飞，莫帅高

（中国中元国际工程有限公司，北京100089）

摘要:本文以RC框架结构为研究对象，采用墙式连接的黏滞阻尼器连接形式，对结构进行减震分析，对比采用黏滞阻尼器的减震结构与未采用黏滞阻尼器的无控结构的关键结构响应。研究表明，采用了该减震方案后，黏滞阻尼器为结构提供了较好的附加阻尼比，结构的楼层剪力、层间位移角及楼层加速度都得到有效控制。本文的研究成果可为RC混凝土框架+VFD减震结构的设计提供参考。

关键词:黏滞阻尼器；消能减震；楼层剪力；层间位移角；楼层加速度

0 引言

黏滞阻尼器在结构较小变形下即可发挥作用，控制结构响应，为结构提供较好的附加阻尼比，因此常被用在混凝土结构的减震设计中。

2021年9月1日起施行的《建设工程抗震管理条例》[1]第十六条规定位于两区的八类建筑应按照国家有关规定采用隔震减震等技术，以满足中震正常使用的性能要求，减震技术在建筑结构设计中被广泛使用。

本文以一栋位于7度区的RC框架结构为研究对象，通过对比无控结构与减震结构的关键结构响应，研究黏滞阻尼器减震技术对钢筋混凝土框架结构抗震性能的提升效果。本文的研究可为减震结构设计提供设计参考。

1 工程概况

本工程为5层混凝土框架结构，所在地区抗震设防烈度7度（0.1g），场地类别为Ⅱ类场地，设计地震分组第三组，特征周期Tg=0.45s。

门诊医技楼长约54.0m，宽约21.6m，首层层高为5.1m，二层层高为4.8m，三~五层层高均为4.5m，现浇钢筋混凝土框架结构，采用黏滞阻尼器对结构进行减震设计，提高结构的综合抗震性能，无控结构及减震结构三维模型如图1所示。

2 减震方案

为减小阻尼器布置对建筑功能的影响，本结构的阻尼器的连接形式采用墙式连接。阻尼器总数量为20套，其中X项10套，Y向10套。黏滞阻尼器的输出阻尼力公式如下式所示[2]：

式中，α为阻尼指数，取α=0.25，C为阻尼系数，单位为kN·(s/m)α。本结构中，阻尼系数C=500kN·(s/m)0.25。

计算分析软件采用ETABS19.1.0。采用Damper-Exponential单元来模拟VFD。墙式连接的混凝土墙采用250mm厚2.5m长的C30混凝土墙，几种连接形式的示意图及在软件中的模拟如图2所示。

按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）要求，选择11条地震波（9条天然波+2条人工波）对结构进行中震弹性时程分析，图3为地震波反应谱与规范谱的对比。

3 结构响应分析

对结构进行中震分析，并提取关键结构响应，主要为楼层剪力、位移角、楼层加速度、附加阻尼比，并计算相应的减震率，结构关键响应详见图4~图6及表1~表3.由图表可知，中震下，采用VFD减震方案后。响应均能得到较好的控制。

在此，以结构各层的最大响应来说明。(1)采用VFD减震后，首层剪力X向减震率16.47%，Y向21.32%。(2)采用VFD减震后，2层位移角X向减震率15.37%，Y向22.23%。(3)采用VFD减震后，除底部楼层以外，上部三层的楼层加速度均得到较好控制，顶层加速度X向减震率22.71%，Y向20.43%。

表1 楼层剪力对比(kN)

表2 层间位移角对比(Rad)

表3 楼层加速度(m/s2)

4阻尼耗能

图7以天然波3为例，给出了地震作用下结构的累计能量图。由图可知，采用VFD减震技术之后，黏滞阻尼器耗能良好。通过能量比法求得结构的附加阻尼比为X向4.08%，Y向4.69%。

5 结语

本结构采用黏滞阻尼器的减震方案进行减震设计分析，以实现结构中震正常使用的性能目标。通过对本文结构的分析，得出以下结论：

(1)中震作用下，采用VFD减震技术后，结构的楼层剪力、层间位移角均得到较好控制；结构顶层的楼层加速度较大，采用减震技术后，顶部楼层加速度也得到一定程度的降低。

(2)采用VFD减震技术后，黏滞阻尼器为结构提供了不低于4%的附加阻尼比，耗散了较多的地震能量。

本文的研究可为减震设计提供参考

参考文献

[1]建设工程抗震管理条例[S].中华人民共和国国务院令第744号，2021.

[2]张志强, 李爱群. 建筑结构黏滞阻尼减震设计[M]. 北京：中国建筑工业出版社, 2012.