鋼結(jié)構(gòu)減震設(shè)計指南

鋼結(jié)構(gòu)減震設(shè)計指南消能減震技術(shù)中，消能減震裝置是實現(xiàn)減震目標(biāo)的主要載體。目前已有許多學(xué)者18-94針對鋼結(jié)構(gòu)中的各類消能減震裝置進行了研究，其消能減震作用已經(jīng)得到證實。在消能減震技術(shù)的應(yīng)用過程中，減震設(shè)計方法進入了學(xué)界視野。現(xiàn)有減震設(shè)計方法的研究熱點主要包含針對超限結(jié)構(gòu)的設(shè)計、針對新型體系的設(shè)計和針對工程應(yīng)用的設(shè)計3個方面。（1） 針對超限結(jié)構(gòu)的設(shè)計。高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)或大跨度不規(guī)則等超限高層結(jié)構(gòu)，其消能減震裝置的布置受結(jié)構(gòu)單體特征影響，現(xiàn)行規(guī)范無法對其產(chǎn)生充分的指導(dǎo)作用，需要學(xué)者及工程師依據(jù)結(jié)構(gòu)特點進行個性化設(shè)計，以滿足結(jié)構(gòu)安全要求。單體設(shè)計一般具有較強的專業(yè)性和針對性，其設(shè)計方法不具有普適性，在進行普通結(jié)構(gòu)設(shè)計時，很難起到參考作用。（2） 針對新型體系的設(shè)計。隨著消能減震技術(shù)不斷發(fā)展，新型消能減震裝置層出不窮。新型消能減震裝置構(gòu)造新、應(yīng)用少，需要學(xué)者進行減震設(shè)計方法研究，其研究集中在理論設(shè)計部分，需要進一步優(yōu)化設(shè)計過程才便于實際應(yīng)用。（3） 針對工程應(yīng)用的設(shè)計。現(xiàn)有的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計在多年的發(fā)展之后趨于成熟，減震設(shè)計理論不斷發(fā)展，但是超限結(jié)構(gòu)設(shè)計普適性差，新型體系設(shè)計實踐困難，為了更好地指導(dǎo)減震結(jié)構(gòu)設(shè)計，學(xué)者進行了實用減震方法設(shè)計。Ou等基于主動控制力對提出了結(jié)構(gòu)減震設(shè)計的基本流程，但相對簡略，不便實用。Zhou等提出了一種實用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩階段減震設(shè)計方法，利用其性能設(shè)計目標(biāo)給出了黏滯阻尼器數(shù)量的估計方法，并用一實際算例進行了方法驗證，然而并未對鋼結(jié)構(gòu)進行進一步考慮。裴星洙等進行了等效線性化理論、能量平衡和倍數(shù)法3種設(shè)計方法設(shè)計黏滯阻尼器阻尼投放量的對比研究，認為采用能量法設(shè)計時需要的參數(shù)和公式少，且其設(shè)計效果好，然而能量法假設(shè)地震能量全由阻尼器吸收或耗散，并未考慮結(jié)構(gòu)自身的耗能作用。翁大根等提出了一種減震結(jié)構(gòu)實用設(shè)計方法，并與日本JSSIManual設(shè)計法進行了對比，認為其方法可行性有效性強，但仍有進一步提高設(shè)計效率的空間。鋼材強度高、材性均勻、易于工廠批量化生產(chǎn)的特性和鋼結(jié)構(gòu)重量輕、抗震和耐熱性能好等優(yōu)點決定了鋼結(jié)構(gòu)具有廣闊的應(yīng)用前景。在地震作用下，其變形能力較鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)好，同一水準(zhǔn)下，變形限值大于或等于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可能對黏滯阻尼器的性能發(fā)揮產(chǎn)生影響。因此有必要對鋼結(jié)構(gòu)進行分析，考慮其變形特征，給出實用減震設(shè)計方法。1、鋼結(jié)構(gòu)減震設(shè)計流程根據(jù)結(jié)構(gòu)減震設(shè)計基本原理，文中針對鋼結(jié)構(gòu)提出一種實用減震設(shè)計方法，其基本流程如圖1所示。該減震設(shè)計方法首先需要確定結(jié)構(gòu)設(shè)計目標(biāo)及目標(biāo)附加阻尼比，以此為基礎(chǔ)，確定結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)要求后確定黏滯阻尼器延性需求，而后計算黏滯阻尼力，并根據(jù)阻尼器實際型號確定布置數(shù)量。隨后，以性能指標(biāo)要求為準(zhǔn)，進行控制效果分析。

文中以“三水準(zhǔn)”設(shè)計目標(biāo)下的鋼結(jié)構(gòu)作為分析對象，通過選取適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)附加阻尼比和結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)要求，進行結(jié)構(gòu)減震設(shè)計，并利用兩個實例驗證了設(shè)計方法的正確性。開姑求業(yè)洶足腔求目掾附加就比團1考慮牯滯阻尼器延性需求的減霍設(shè)計流程圖1SM隠分折利用兩個實例驗證了設(shè)計方法的正確性。開姑求業(yè)洶足腔求目掾附加就比團1考慮牯滯阻尼器延性需求的減霍設(shè)計流程圖1SM隠分折慟匸仙陸IW?川I矩益數(shù)M瑞定Iffl阻尼鮒顯性需求*1結(jié)構(gòu)陽H【標(biāo)2、鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特征鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的阻尼比約為0.05已被業(yè)內(nèi)廣泛認可，鋼結(jié)構(gòu)的阻尼比由于結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量、高寬比、材料內(nèi)摩擦及節(jié)點摩擦等多種因素的影響，區(qū)別較大。李國強等""進行了外掛輕質(zhì)砂加氣混凝土墻板及填充輕質(zhì)砂加氣混凝土的鋼結(jié)構(gòu)振動臺試驗，結(jié)果表明，鋼框架為空框架時，結(jié)構(gòu)X向、Y向一階阻尼比分別為1.58%和2.99%,分別外掛墻板及設(shè)置填充墻后，阻尼比變?yōu)?.94%和3.13%。施衛(wèi)星等13對上海10棟鋼結(jié)構(gòu)建筑進行了脈動法動力測試，實測結(jié)構(gòu)等效阻尼比為1.4%~4.5%,測試結(jié)果多小于《建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011-2010)》的規(guī)定，且有較強離散性。曹資等184總結(jié)了鋼結(jié)構(gòu)阻尼比的實測值情況，其統(tǒng)計特征基本反映為：(1)鋼框架阻尼比取值多小于0.02；(2)鋼結(jié)構(gòu)阻尼比基本隨結(jié)構(gòu)高度的增加而減小?！督ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)范(GB50011-2010)》第8.2.2條規(guī)定：鋼結(jié)構(gòu)抗震計算時，多遇地震下的計算，高度不大于50m時可取0.04；高度大于50m且小于200m時，可