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带粘滞减震层层高层结构的分析 Analysis of High-rise Building with Energy-dissipation Story System 带粘滞减震层层高层结构的分析 Y. Zhou, S.M. Lin, C.X. Wu X.S. Deng School of Civil Engineering, Guangzhou University, China 1、摘要 •对带粘滞层高层结构进行地震作用下的非线性动力时程反应分析，研究结构的顶 层位移、基底剪力、减震层中阻尼力与主体结构层间剪力分配关系的变化规律； 采用积算公式和减震层阻尼力比公式对减震层的位置、数量和黏滞阻尼器的参数 进行优化分析，给出带黏滞减震层高层结构的优化设计方法； •并对一个工程实例进行减震效果的优化设计。 2、工程背景 •高层框架-核心筒结构体系中常采用加强层提高结构的抗侧刚度，减小结构在侧 向荷载作用下的位移，但在地震作用下，加强层会使结构竖向刚度、内力产生较 大突变，结构的损坏机理难以呈现 “强柱弱梁”和 “强剪弱弯”的延性屈服机制 ，对结构的抗震极为不利。 3、问题引出 •周云提出了 “带耗能减震层超高层结构体系”，即将加强层伸臂桁架和环带中的 刚性支撑用耗能支撑代替，形成耗能减震层，通过耗能支撑中的阻尼器来耗散地 震输入到结构中的能量，以减轻结构的动力反应。 •研究表明，带耗能减震层的结构具有良好的减震效果。 4、工具及研究对象 •采用 ETABS 有限元软件 •典型框架-核心筒结构模型 •非线性动力时程反应分析 5、建模 •模型信息： 框架-核心筒结构，60 层，首层高 5.4m，标准层高为 4.2m，总高为253.2m; 结构 X 向为 48m，Y 向为 39m。 外框架由钢管混凝土柱和钢梁构成，中部为钢筋混凝土核心筒。 剪力墙混凝土强度等级:1~20 层为C60，21~35 层为C50，36~60 层为C40； 钢管混凝土柱混凝土强度等级：1~20 层为 C80，21~35 层为C70，36~50 层 为C60，51~60 层为 C50 ；钢管和钢梁强度等级为 Q345 ；楼板混凝土强度等 级为C40。 结构所处建筑场地类别为 Ⅱ类，抗震设防烈度为 8度，地震作用分组为第2组 。 5、建模 •建模要点： 主体结构在小震和中震作用下假设处于弹性范围，不考虑其非线性行为，建 模时剪力墙和连梁采用壳单元，楼板采用膜单元，梁和柱采用框架单元，阻 尼器采用基于MAXWELL 模型的连接单元。 2 该结构模型的阻尼比为0.04，小震加速度峰值为70cm/s ，中震加速度峰值为 2 200cm/s ，采用2条人工波和5条天然波对结构进行非线性动力时程反应分析。 5、建模 • ETABS 单元介绍： ETABS的单元库几乎涵盖了所有有限元结构分析的常用单元，包括框架（梁柱）单元 、壳体（墙板）单元、弹簧单元、连接单元和塑性铰单元等。 ETABS提供了三种面单元类型：壳 (具有平面内和平面外刚度)、膜(仅具有平面内刚 度)、板(仅具有平面外刚度)。 膜属性和壳属性的楼板单元，其传递荷载的方式是不同的。膜可直接将楼面荷载传 递到与之相连的梁上，壳则通过与梁相连的剖分点以点荷载的方式传递荷载。对于 膜属性的楼板单元，程序会自动剖分。因而，膜可以方便有效地模拟楼板并起到传 递楼面荷载的作用。 5、建模 5、建模 5、建模 6、单道黏滞减震层的位置优化 •首先对原结构的地震反应进行分析 •结构中部和上部的层间位移角比较大，最大值在第 51 层；结构上部的层间 速度比较大，最大值在第 56 层。 6、单道黏滞减震层的位置优化 •单道减震层的布置位置优化方案 6、单道黏滞减震层的位置优化 Figure 6. Top floor displacement of various models Figure 7. Additional damping ratio of various models 6、单道黏滞减震层的位置优化 •结论1： The results show that the optimum location of energy-diss