鋼結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)指南

鋼結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)指南消能減震技術(shù)中，消能減震裝置是實(shí)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(duì)鋼結(jié)構(gòu)中的各類(lèi)消能減震裝置進(jìn)行了研究，其消能減震作用已經(jīng)得到證實(shí)。在消能減震技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，減震設(shè)計(jì)方法進(jìn)入了學(xué)界視野?，F(xiàn)有減震設(shè)計(jì)方法的研究熱點(diǎn)主要包含針對(duì)超限結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、針對(duì)新型體系的設(shè)計(jì)和針對(duì)工程應(yīng)用的設(shè)計(jì)3個(gè)方面。（1） 針對(duì)超限結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。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(wú)法對(duì)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(diǎn)進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，以滿足結(jié)構(gòu)安全要求。單體設(shè)計(jì)一般具有較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性和針對(duì)性，其設(shè)計(jì)方法不具有普適性，在進(jìn)行普通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，很難起到參考作用。（2） 針對(duì)新型體系的設(shè)計(jì)。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(jìn)行減震設(shè)計(jì)方法研究，其研究集中在理論設(shè)計(jì)部分，需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程才便于實(shí)際應(yīng)用。（3） 針對(duì)工程應(yīng)用的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)有的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)在多年的發(fā)展之后趨于成熟，減震設(shè)計(jì)理論不斷發(fā)展，但是超限結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)普適性差，新型體系設(shè)計(jì)實(shí)踐困難，為了更好地指導(dǎo)減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，學(xué)者進(jìn)行了實(shí)用減震方法設(shè)計(jì)。Ou等基于主動(dòng)控制力對(duì)提出了結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)的基本流程，但相對(duì)簡(jiǎn)略，不便實(shí)用。Zhou等提出了一種實(shí)用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩階段減震設(shè)計(jì)方法，利用其性能設(shè)計(jì)目標(biāo)給出了黏滯阻尼器數(shù)量的估計(jì)方法，并用一實(shí)際算例進(jìn)行了方法驗(yàn)證，然而并未對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步考慮。裴星洙等進(jìn)行了等效線性化理論、能量平衡和倍數(shù)法3種設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)黏滯阻尼器阻尼投放量的對(duì)比研究，認(rèn)為采用能量法設(shè)計(jì)時(shí)需要的參數(shù)和公式少，且其設(shè)計(jì)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(shí)用設(shè)計(jì)方法，并與日本JSSIManual設(shè)計(jì)法進(jìn)行了對(duì)比，認(rèn)為其方法可行性有效性強(qiáng)，但仍有進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)效率的空間。鋼材強(qiáng)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(diǎn)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(duì)黏滯阻尼器的性能發(fā)揮產(chǎn)生影響。因此有必要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，考慮其變形特征，給出實(shí)用減震設(shè)計(jì)方法。1、鋼結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)流程根據(jù)結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)基本原理，文中針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)提出一種實(shí)用減震設(shè)計(jì)方法，其基本流程如圖1所示。該減震設(shè)計(jì)方法首先需要確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)算黏滯阻尼力，并根據(jù)阻尼器實(shí)際型號(hào)確定布置數(shù)量。隨后，以性能指標(biāo)要求為準(zhǔn)，進(jìn)行控制效果分析。

文中以“三水準(zhǔn)”設(shè)計(jì)目標(biāo)下的鋼結(jié)構(gòu)作為分析對(duì)象，通過(guò)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(jìn)行結(jié)構(gòu)減震設(shè)計(jì)，并利用兩個(gè)實(shí)例驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的正確性。開(kāi)姑求業(yè)洶足腔求目掾附加就比團(tuán)1考慮牯滯阻尼器延性需求的減霍設(shè)計(jì)流程圖1SM隠分折利用兩個(gè)實(shí)例驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的正確性。開(kāi)姑求業(yè)洶足腔求目掾附加就比團(tuán)1考慮牯滯阻尼器延性需求的減霍設(shè)計(jì)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(yáng)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(rèn)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(diǎn)摩擦等多種因素的影響，區(qū)別較大。李國(guó)強(qiáng)等""進(jìn)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(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，結(jié)果表明，鋼框架為空框架時(shí)，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(duì)上海10棟鋼結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行了脈動(dòng)法動(dòng)力測(cè)試，實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)等效阻尼比為1.4%~4.5%,測(cè)試結(jié)果多小于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2010)》的規(guī)定，且有較強(qiáng)離散性。曹資等184總結(jié)了鋼結(jié)構(gòu)阻尼比的實(shí)測(cè)值情況，其統(tǒng)計(jì)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(jì)規(guī)范(GB50011-2010)》第8.2.2條規(guī)定：鋼結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算時(shí)，多遇地震下的計(jì)算，高度不大于50m時(shí)可取0.04；高度大于50m且小于200m時(shí)，可