黏滞阻尼器伸臂桁架布置对超高层结构减震性能影响研究

在超高层结构中,传统伸臂桁架能显著提高结构抗侧刚度、减小结构侧移,但给结构带来刚度、内力突变等不利影响,形成结构薄弱层。黏滞阻尼器伸臂桁架因其在一定程度上减小结构刚度、提供附加阻尼比,成为近年高层建筑结构抗震与抗风的新型体系。针对一226 m超高层结构中某一榀平面框架-剪力墙,在伸臂桁架中布置黏滞阻尼器,对比分析5种不同黏滞阻尼器布置方案伸臂桁架结构在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的消能减震效果,将为黏滞阻尼器在超高层结构伸臂桁架中的进一步研究和应用提供借鉴。

集成黏滞阻尼伸臂减震装置超高层建筑结构续建改造设计

为了在超高层建筑结构续建改造设计中减少已建结构的改造工程量,通过附加黏滞阻尼装置有效提高高层建筑在地震作用下的结构耗能,从而降低结构的内力和变形响应。研究了黏滞阻尼伸臂的变形放大原理,介绍了黏滞阻尼伸臂的最优布置方法,并提出了续建改造多状态矩阵,分析了续建改造项目典型驱动因素,总结了集成黏滞阻尼伸臂减震装置的超高层建筑结构续建改造设计策略,最后以工程实例验证该方法的有效性及准确性。结果表明:黏滞阻尼伸臂适用于以弯曲变形为主的超高层建筑结构,变形放大系数可近似为区格的跨度与高度之比,理论放大系数一般为2~3;采用基于阻尼耗能排序不变假定的黏滞阻尼伸臂设计方法,仅需对结构进行一次满布阻尼计算分析即可确定耗能排序及各附加阻尼方案;在以弯曲变形为主的框架核心筒结构中,阻尼伸臂布置在中、高区减震效果最好,距离该位置越远,耗能效果越差,相邻两道伸臂式阻尼提供的附加阻尼比相差约15%;在续建改造项目中布置黏滞阻尼减震系统,黏滞阻尼器提供的附加阻尼并非越大越好,存在使结构综合成本最低的集成减震设计方案;黏滞阻尼伸臂减震集成设计方法在提升结构抗震性能的同时有效降低了结构续建改造成本,具有实际工程价值。

采用黏滞阻尼伸臂桁架的超高层结构模型振动台试验研究

黏滞阻尼伸臂桁架兼具高效耗能和“有限刚度”加强层的特点,可提高结构的抗震性能,尤其适用于高烈度区超高层结构抗震设计。中国国际丝路中心塔楼建筑高度498m,是目前全球最高的采用黏滞阻尼伸臂桁架的高层建筑,为验证其抗震性能和减震措施的有效性,进行了1∶40的缩尺模型振动台试验研究。本文介绍了模型设计、试验过程及主要现象。试验测试了结构在8度小震、8度中震、8度大震地震波输入下的动力响应,包括结构自振特性、动力放大系数、楼层位移、层间位移角、损伤发展及阻尼器耗能等。将主要试验结果与有限元分析结果进行了对比,总体上吻合程度较好,可互为验证。试验及分析结果表明:结构设计合理,采取的减震措施有效,结构整体抗震性能满足规范及预定的抗震性能目标要求;黏滞阻尼伸臂桁架产生的附加阻尼比随地震作用强度增加而降低,并且随主体结构进入弹塑性后进一步降低。根据试验结果对结构设计提出了相应的建议,揭示的阻尼比变化规律可供类似项目设计参考。

兰州环球港负刚度阻尼伸臂结构设计

兰州环球港项目地处8度设防烈度区,超高层塔楼建筑顶部高度317m,结构高度248m。考虑刚性伸臂引起的结构竖向刚度突变及普通阻尼伸臂耗能较小,在超高层塔楼中创新性地采用了带负刚度阻尼伸臂的钢框架-混凝土核心筒结构体系。负刚度阻尼伸臂是在普通阻尼伸臂基础上增设负刚度装置而成,由于负刚度装置对运动的促进作用,阻尼器行程得到放大,其耗能效果也得到提高。分析结果表明,采用负刚度阻尼伸臂后,结构的附加阻尼比得到显著提升,并以很少的阻尼器用量获得更好的降低位移和加速度的性能。

混合控制消能减震伸臂桁架上海中心抗震性能研究

在超高层建筑结构体系中,相对于传统伸臂桁架,新型消能减震伸臂桁架能显著提高结构的抗震性能,但同时也存在一些不可避免的问题。屈曲约束支撑伸臂桁架在小震下仅提供刚度不耗能,在中震下屈服耗能有限;黏滞阻尼伸臂桁架因黏滞阻尼器自身最大阻尼力限制,在中震和大震下对结构侧移控制效果不佳。混合控制消能减震伸臂桁架结构综合利用多种消能构件,同时为结构提供足够刚度和附加阻尼,具有更为全面的抗震性能。本文以上海中心为研究背景,研究了混合控制消能减震伸臂桁架结构在各烈度地震作用下的消能减震效果,同时探讨了黏滞阻尼伸臂桁架与屈曲约束支撑伸臂桁架相对数量变化对结构抗震性能产生的影响。将为消能减震伸臂桁架超高层结构体系的进一步研究和应用提供借鉴。

消能减震伸臂桁架在超高层结构中的风振控制研究

随着建筑物高度的增加,框架-核心筒-伸臂结构体系的应用越来越多。同时,多道伸臂桁架的布置在超高层结构中越来越普遍,较柔的超高层结构的自振频率接近脉动风的频率,风振下结构的加速度较大,易引起舒适度问题。针对某带多道伸臂桁架的超高层建筑,提出在伸臂桁架与外框架间布置黏滞阻尼器的方法,即采用带黏滞阻尼器的消能减震伸臂桁架,来控制结构在风振下过大的加速度响应,重点分析其抗风性能及在不同高度的伸臂桁架中布置黏滞阻尼器的减振效率。

混合控制消能减震伸臂桁架超高层结构抗震性能研究

在超高层建筑结构中，相对于传统伸臂桁架，消能减震伸臂桁架能显著提高结构的抗震性能，但同时也存在一些问题。屈曲约束支撑伸臂桁架在小震下仅提供刚度并不耗能，在中震下屈服耗能有限；而黏滞阻尼伸臂桁架因黏滞阻尼器最大阻尼力的限制，在中震和大震下对结构侧移控制效果不佳。

位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架减震效果及动力试验研究

为提高黏滞阻尼伸臂桁架在地震作用下的耗能效率,设计了一种带位移放大装置的黏滞阻尼伸臂桁架。对分别设置传统型和位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架的超高层结构进行有限元分析,对比了结构的地震响应及阻尼器的工作状态。通过动力荷载试验,考察两种黏滞阻尼伸臂桁架的滞回性能,对比阻尼器的位移及耗能,研究位移放大系数的变化规律,分析伸臂桁架刚度对黏滞阻尼伸臂桁架工作效率的影响。结果表明:相比传统型黏滞阻尼伸臂桁架,采用位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架可将阻尼器的耗能效率提高至原来的1.5~1.8倍,使结构获得更好的减震效果;位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架滞回曲线光滑、对称、饱满,具有良好的工作性能,且能有效放大阻尼器的工作位移并增大耗能;提出了黏滞阻尼伸臂桁架的位移放大系数的计算式,计算值与试验值吻合较好;为保证黏滞阻尼伸臂桁架的工作效率,建议伸臂桁架的刚度比取值不小于9。

基于损伤控制的某超高层建筑减震方案对比研究

超高层建筑遭受地震后普遍存在修复难度大、成本高、耗时长等问题。基于损伤控制理念,提高超高层建筑在地震作用下的可修复性很有必要。消能减震技术是实现结构损伤控制设计的有效手段。目前消能减震技术在国内超高层建筑中已有一定的应用,但基于损伤控制设计仍较少。本文结合一个超高层工程案例,对比分析了不同减震方案的特点和损伤控制效果。该分析对后续类似的工程具有一定的借鉴意义。