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工程設(shè)計(jì)

安置抗震黏滯阻尼器的某超高層建筑 經(jīng)濟(jì)性能分析
曹鐵柱 　 陳永祁
（ 北京奇太振控科技發(fā)展有限公司， 北京 �。� ０ ３ ） ００７ 摘 　 要： 盤古大觀鋼結(jié)構(gòu)寫(xiě)字樓是毗鄰 ２ ０ 奧運(yùn)會(huì)主場(chǎng)館的超高層建筑。在 對(duì) 結(jié) 構(gòu) 進(jìn) 行 抗 震 性 能 分 析 的 過(guò) 程 中 ， ０８ 為了使結(jié)構(gòu)滿足抗震規(guī)范罕遇烈度下的相關(guān)要求，

并使結(jié)構(gòu)的抗震能力進(jìn)一步 提 高， 取 加 強(qiáng) 傳 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 抗 側(cè) 體 系 、 選 增加結(jié)構(gòu)支撐能力和采用抗震阻尼器耗能減振等不 同 的 抗 震 方 案， 對(duì) 其 具 體 內(nèi) 容、 震 效 果 和 經(jīng) 濟(jì) 性 進(jìn) 行 綜 合 并 減 用黏滯阻尼 器 消 能 減 震 不 僅 可 以 使 結(jié) 構(gòu) 滿 足 罕 遇 地 震 的 設(shè) 計(jì) 規(guī) 對(duì)比。最終結(jié)果表明，對(duì)比前兩種傳統(tǒng)抗震方案， 使結(jié)構(gòu)各方面的抗震性能更加系統(tǒng)、 全面提高， 同時(shí)還將節(jié)省大量的直接 建 造 費(fèi) 用 和 長(zhǎng) 期 使 用 中 的 間 接 修 范要求， 復(fù)費(fèi)用。 關(guān)鍵詞： 液體黏滯阻尼器；地震反應(yīng)；一次性投資；長(zhǎng)期維護(hù)；維修因子

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１　 概 　 述 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震體系大多是通過(guò)提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè) 能力實(shí)現(xiàn)的， 如加 大 梁 柱 截 面、 加 配 筋、 加 大 量 增 附 支撐等辦法。但是， 構(gòu) 周 期 會(huì) 隨 著 結(jié) 構(gòu) 側(cè) 向 剛 度 結(jié) 的增大而變化， 震 時(shí) 輸 入 到 結(jié) 構(gòu) 的 能 量 也 可 能 隨 地 之增大。這種現(xiàn)象 對(duì) 于 一 些 高 柔、 跨 結(jié) 構(gòu) 的 抗 震 大 性能更加不利。在這些結(jié)構(gòu)中采用黏滯阻尼器耗能 減振， 可以很好 地 解 決 這 一 問(wèn) 題。 黏 滯 阻 尼 器 自 身 沒(méi)有剛度， 地震過(guò)程 中 幾 乎 不 會(huì) 給 結(jié) 構(gòu) 帶 來(lái) 任 何 不 如果設(shè)計(jì)得當(dāng)， 在得到很好的減振效果的同 利影響， 時(shí)， 還會(huì)得到非常好的經(jīng)濟(jì)效果。 從以結(jié)構(gòu)破壞為代價(jià)的延性設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)保護(hù)系 統(tǒng)的使用， 是結(jié) 構(gòu) 工 程 界 革 命 性 的 進(jìn) 步。 從 長(zhǎng) 遠(yuǎn) 的 安全使用來(lái)說(shuō)， 其經(jīng)濟(jì)性更是不容爭(zhēng)辯的。然而， 除 了定性地說(shuō)明之外， 定量地說(shuō)明還涉及到： ） 用 １ 一次性直接 建 設(shè) 投 資 的 影 響， 結(jié) 構(gòu) 保 護(hù) 系 ３ ６

統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。 ） 經(jīng)濟(jì)上的好處。 ２ 從中長(zhǎng)期效果來(lái)看， 當(dāng)然， 較難分析的是一次性投資的影響， 這是很 多業(yè)主最關(guān)心的問(wèn) 題， 往 的 文 獻(xiàn) 中 鮮 有 這 一 問(wèn) 題 已 的介 紹。Ｔ ｙｏ 　 ｏ ｇａ ［ ］在 介 紹 美 國(guó) 西 雅 圖 棒 球 ａｌｒＤ ｕｌｓ１ 廠工程時(shí)提到， 該結(jié) 構(gòu) 使 用 阻 尼 器 減 少 了 構(gòu) 件 受 力 大小， 并增加了結(jié)構(gòu)抗側(cè)移能力， 從而節(jié)省了 ５ ０ 萬(wàn) ０ 美元的經(jīng) 費(fèi)， 并 沒(méi) 有 詳 細(xì) 介 紹 這 一 數(shù) 字 的 由 來(lái)。 但 文獻(xiàn)［］在介紹菲律賓新建不久的 圣 · 弗 朗 瑟 斯 香 ２ 格里拉高塔時(shí)提到， 該結(jié)構(gòu)使用了 １ 個(gè)大功率加強(qiáng) ６ 層阻尼器，使其建設(shè)經(jīng)費(fèi) 節(jié) 省 了 ４０ 萬(wàn) 美 元。遺 憾 ０ 的是， 沒(méi) 有 詳 細(xì) 介 紹 這 一 結(jié) 論 的 由 來(lái)。 文 獻(xiàn) 也 ［ －４ 在 介 紹 墨 西 哥 市 長(zhǎng) 大 樓 的 設(shè) 計(jì) 和 施 工 時(shí)， 介 ３ ］
第一作者： 曹鐵柱， １ ８ 年出生， 男，９ １ 工程師。 Ｅ ａ ：ｑｈ ｎ＠ｂｕｌｋｉｔｃ ｍ ｍ ｉ ｙｃ ｅ ｌ ｌｅ ｅｎ ． ａ ｏ 收稿日期：０ ０ －１ －２ ２１ ０ ２

鋼結(jié)構(gòu) 　２ １ 年第 ４ 期第 ２ 卷總第 １ ５ 期 　 ０１ ６ ４

曹鐵柱， 安置抗震黏滯阻尼器的某超高層建筑經(jīng)濟(jì)性能分析 等：

紹了該工程施加阻尼器一次性投資的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。該 耗 大樓采用了 ９ 個(gè)輸出大阻尼 力 的 阻 尼 器， 資 ４ ０ ８ ０ 萬(wàn)美元。然而， 些 錢 可 以 與 工 程 中 其 他 方 面 的 節(jié) 這 省而持平， 該 結(jié) 構(gòu) 在 使 用 了 阻 尼 器 后， 鋼 量 從 如 用 ２ �。� 減少到１ �。� 。 ３０ ０ｔ ８０ ０ｔ 僅基礎(chǔ)上使用的 混 凝 土 板 就減少了 ２ 的混凝土用 量。 按 此 計(jì) 算， 次 投 資 一 ０％ 基本持平。但抗 震 能 力 有 了 根 本 性 的 轉(zhuǎn) 變 和 提 高， 結(jié)構(gòu)在地震中保持剛性。 墨 西 哥 在 ２ ０ 年 １ 月 ２ ０３ １ 日的７ ６ 級(jí)破壞性地震中，�。� 棟建筑倒塌或嚴(yán)重 ． ２７ ０ 破壞，３６ ０棟建筑不同程度損壞。而安裝了 ９ 個(gè) １ �。� ８ 泰勒公司液體黏滯阻尼器的墨西哥市長(zhǎng)大樓在該地 幾乎沒(méi)有任何損壞， 給世界地震工程 震中安然屹立，
５ 一個(gè)巨大的鼓舞 ［ ］。在使用了阻尼器后該建筑的保

圖 １　 結(jié)構(gòu)效果

險(xiǎn)費(fèi)用還減少了 ３ 。２ ０ 年秘魯遭受 ８ 級(jí)地震， ３％ ０ ７ 安置了泰勒公司阻 尼 器 的 利 馬 機(jī) 場(chǎng) １ 層 大 廈 安 然 ０ 無(wú)恙， 也是一個(gè)鼓舞人心的成果。 國(guó)內(nèi) 對(duì) 這 方 面 的 經(jīng) 濟(jì) 研 究 很 少， 多 停 留 在 直 大 接建設(shè)費(fèi)用的考 慮 上。 在 地 震 作 用 下， 滯 阻 尼 器 黏 抗震性能也全面提高， 使得一 使結(jié)構(gòu)的阻尼比提高， 這 些非結(jié)構(gòu)構(gòu)件或電 器 設(shè) 備 的 破 壞 減 少， 部 分 修 復(fù)
６ 費(fèi)用是相當(dāng) 可 觀 的， 北 京 銀 泰 中 心 ［ ］。 本 文 結(jié) 合 如

盤古大觀阻尼器安 裝 工 程， 次 對(duì) 阻 尼 器 使 用 的 經(jīng) 首 濟(jì)性進(jìn)行初步定量分析。 盤古大觀工程在整個(gè)抗震設(shè)計(jì)中遵循結(jié)構(gòu)抗震 中 設(shè)計(jì) 小 震 不 壞、 震 （０ 年 內(nèi) 超 越 概 率 為 １ ） ５ ０％ 可 修、 大震 （０ 年 內(nèi) 超 越 概 率 為 ２％ ～３％ ） 倒 的 原 不 ５ 用常規(guī)的設(shè)計(jì) 方 法 和 相 關(guān) 構(gòu) 造 措 施 使 結(jié) 構(gòu) 滿 足 則， 多遇地震的規(guī)范設(shè)計(jì)要求， 對(duì)于罕遇地震， 則依靠安
７ 置黏滯阻尼器來(lái)滿足設(shè)計(jì)要求 ［ ］。

圖 ２　 結(jié)構(gòu)平面示意

２ １　 結(jié)構(gòu)模型 ． 在北京盤古大觀中心寫(xiě)字樓主體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè) 計(jì)及分析過(guò) 程 中， 用 Ｅ Ｂ 非 線 性 有 限 元 程 序 采 ＴＡ Ｓ 建立三維空 間 有 限 元 模 型。 模 態(tài) 分 析 結(jié) 果 表 明， 結(jié) 構(gòu)前 １ 階振型質(zhì)量參與系數(shù)為 ９ ％ ， ５ ５ 達(dá)到計(jì)算精度 、 要 求。 結(jié) 構(gòu) 第 １ 第 ２ 振 型 周 期 為 Ｔ ＝５９ｓ ． 、 １ 第 Ｔ＝． ， Ｙ ２ ５ ２ｓ 分別為 Ｘ、 向平動(dòng)， ３ 振 型 周 期 Ｔ ＝ ｔ 扭轉(zhuǎn)周期 Ｔｔ 與以平動(dòng)為主的第 ４ ３ｓ 為扭轉(zhuǎn)振型， ． ， １ 自振周期 Ｔ１ 之 比 為 ０ ７ １， 于 ０ ８ ， 足 Ｇ ．２ 小 ．５ 滿 Ｂ
［］ ８ ５ ０ １－２ ０ 《 筑 抗 震 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范 》 的 相 關(guān) 規(guī) 定。 ０１ ０１ 建

還要說(shuō)明一 點(diǎn)，按 絕 對(duì) 投 資 來(lái) 看， 古 大 觀 所 盤 安裝的 １ ８ 個(gè) 泰 勒 公 司 的 阻 尼 器 共 耗 資 ５ ０ 萬(wàn) 元， ０ ８ 僅為該建筑總體投資的 ５‰ 左右。 ２　 北京盤古大觀廣場(chǎng)原結(jié)構(gòu)概況和動(dòng)力分析 盤古大 觀 廣 場(chǎng) ５ 級(jí) 智 能 化 鋼 結(jié) 構(gòu) 寫(xiě) 字 樓 高 Ａ 地 地 建 １ １ ５ ｍ， 上 ４ 層， 下 ５ 層， 筑 面 積 約 為 ９． ０ ２ 由美國(guó) 約 翰 馬 丁 公 司 和 北 京 伯 爾 明 設(shè) １ ２８ ０ｍ ， １ �。� 計(jì)公司聯(lián)合進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該建筑采取外圈框架和 內(nèi)圈帶有多列柱間支撐的框架構(gòu)成的雙向抗側(cè)力結(jié) 構(gòu)體系， 梁柱剛性連接。在 第 １ 、 ３ 層 設(shè) 置 加 強(qiáng) ６第 ６ 層， 在內(nèi)框架和外 框 架 之 間 設(shè) 置 剛 臂 桁 架 來(lái) 調(diào) 整 內(nèi) 外框架受力， 以此構(gòu)成雙重抗側(cè)力體系， 達(dá)到整體受 力的目的。樓板采用壓型鋼板上現(xiàn)澆混凝土形成的 組合樓板和組合梁， 構(gòu)成樓板結(jié)構(gòu)體系（ １、 ２ 。 圖 圖 ）
ＳｅｌＣ ｎｔｕｔ ｎ ２ １ （ ） Ｖ ｌ２ ，Ｎ ．４ ｔｅ�。� ｓｒｃ ｏ ． ０ １ ４ ， ｏ．６ ｏ １ ５ ｉ

說(shuō)明結(jié)構(gòu)的 對(duì) 稱 性、 體 性 較 好， 構(gòu) 抗 扭 能 力 較 整 結(jié) 強(qiáng)。 ２ ２　 時(shí)程分析及結(jié)果 ． 盤古 大 觀 廣 場(chǎng) 主 塔 樓 抗 震 設(shè) 防 烈 度 為 ８ 度， 場(chǎng) ， 地 土 類 別 Ⅲ 類， 度 １ １ ５ ｍ （ 于 ８ ｍ） 按 照 高 大 ９． ０ 采用時(shí) 程 分 析 方 法 進(jìn) 行 罕 遇 Ｇ �。� １ Ｂ５ ０ １－２ ０ 規(guī)定， ０１ 地震烈度下的計(jì)算。地震波選用中國(guó)建筑科學(xué)研究 院抗震所專門為本工程提供的 ６ 組地面運(yùn)動(dòng)天然波 和 ２ 組人工波函數(shù)。分析結(jié)果表明， 大震工況下， 結(jié) ３ ７

工程設(shè)計(jì)

構(gòu)部分樓層已經(jīng)超出了相關(guān)規(guī)范對(duì)層間位移轉(zhuǎn)角限 值的規(guī)定。結(jié)構(gòu)頂部的火炬形大型桁架懸挑長(zhǎng)度超 過(guò)３ 將會(huì)把桁架端點(diǎn)處的地面豎向作用的加速 ０ｍ， 度嚴(yán)重放大， 威脅到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全。 ，０ 年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi) ５ ２［ ］ ７ 基本風(fēng)壓取值為 ０ ５ｋ ／ ． Ｎ ｍ 。為了確定結(jié)構(gòu)的抗
［］ ９

表 ２　 方案 １ 原結(jié)構(gòu)支撐截面增大情況
原支撐名稱 Ｗ ４×２ ３ １ ３　 Ｗ ４×２ １ １ １　 Ｗ ４×１ ３ １ ９　 Ｗ ４×１ ６ １ ７　 Ｗ ４×１ ９ １ ５　 Ｕ ３ ５ －３ ５ －１ ８ Ｃ０ ０ ９　 合計(jì) 數(shù)量／根 ３　 ０ ８　 ０ ９　 ６ ９　 ６ ９　 ０ ８　 ０ ６４ ６　 原支撐 質(zhì)量／ ｔ ７ ．　 ２５ １４１ ６ ．　 １０２ ８ ．　 １４４ ６ ．　 １３５ ２ ．　 １３４ ０ ．　 １７１ ５ ．　 新支撐 質(zhì)量／ ｔ ８ ．　 ５３ １６９ ９ ．　 ２５６ １ ．　 ２８６ １ ．　 １２３ ７ ．　 １１８ ５ ．　 ２６３ ５ ．　 質(zhì)量 增加／％ １． ７６ ２． ００ １． ９７ ３． ２９ ３． ９５ ４． ６８ ６． ３２ ３． ４４

地面粗糙度類別為 Ｃ 類

風(fēng)能力， 業(yè)主委托北 京 大 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 室 對(duì) 本 工 程 進(jìn) 行 了 縮尺模型風(fēng)洞試 驗(yàn)。 試 驗(yàn) 及 分 析 表 明： 風(fēng) 荷 載 作 在 用下， 結(jié)構(gòu)總體上可以滿足要求， 但在大風(fēng)作用下加 在 速度響應(yīng)較大， 動(dòng) 力 風(fēng) 作 用 下 結(jié) 構(gòu) 頂 點(diǎn) 加 速 度 響 鑒 應(yīng)超過(guò)了規(guī)范關(guān) 于 舒 適 度 的 要 求。 因 此， 于 諸 多 方面的要求， 必須采取必要的抗風(fēng)、 抗震措施。 為了尋求最好的抗風(fēng)、 抗震措施， 采取了 ２ 種增 加結(jié)構(gòu)抗側(cè)能力的 傳 統(tǒng) 方 法： 原 設(shè) 計(jì) 的 基 礎(chǔ) 上 從 在 柱子和支撐兩個(gè)方 向 上 進(jìn) 行 增 強(qiáng)， 滿 足 罕 遇 地 震 來(lái) 下的要求。再用結(jié)構(gòu)保護(hù)系統(tǒng)方法加設(shè) １ ８ 個(gè)黏滯 ０ 阻尼器一起進(jìn)行對(duì) 比， 察 它 們 抗 震 性 能 的 提 高 效 觀 果和經(jīng)濟(jì)性。 ３　 傳統(tǒng)抗震方案 對(duì)于 多 高 層 建 筑， 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 抗 震 體 系 是 通 過(guò) 傳 提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)能力實(shí)現(xiàn)的， 以減小結(jié)構(gòu)側(cè)移， 增強(qiáng) 抵抗地震傾覆力 矩。 對(duì) 鋼 結(jié) 構(gòu) 加 大 梁 柱 截 面、 加 增 支撐是提高結(jié)構(gòu)抗 側(cè) 能 力 的 ２ 個(gè) 傳 統(tǒng) 有 效 的 方 法。 這里， 分別對(duì)采取 ２ 種方法的方案進(jìn)行對(duì)比。 ） 支撐截面 （ 方案 １ ３ １　 加大原結(jié)構(gòu)柱、 ． 為了 保 證 提 高 結(jié) 構(gòu) 抗 震 方 案 的 合 理 性， 原 結(jié) 在 構(gòu)柱、 支撐 截 面 尺 寸 基 礎(chǔ) 上 均 勻 增 大 截 面 尺 寸 （ 表 表 ） １、 ２ 。
表 １　 方案 １ 原結(jié)構(gòu)柱截面增大情況
原柱截面／ ｍｍ ９ ０×６ 　 ０ ０ ８ ０×６ 　 ０ ０ ５ ０×３ 　 ０ ０ 合計(jì) 柱長(zhǎng)／ ｍ ４６ ．　 ４６ ．　 ４６ ．　 — 數(shù)量／根 ２４ ４　 ２８ ０　 ６　 １ ５３ １　 原柱 質(zhì)量／ ｔ 新柱 質(zhì)量／ ｔ 質(zhì)量增加／ ％ ７７ ． ７６ ．

Ｕ ３ ５ －３ ５ －１ ７ Ｃ０ ０ ３　 １２ ９　

９ ５ ２ １２ ７ ０ ６ ．　 �。� ．　

圖 ３　 方案 ２ 增加支撐布置

表 ３　 方案 ２ 結(jié)構(gòu)支撐截面及數(shù)量增加情況
原支撐名稱 Ｗ ４×２ ３ １ ３　 Ｗ ４×２ １ １ １　 Ｗ ４×１ ３ １ ９　 Ｗ ４×１ ６ １ ７　 Ｗ ４×１ ９ １ ５　 增加數(shù) 量／根 ２ 　 ５ 　 ６ 　 ６ 　 ５ 　 原支撐 質(zhì)量／ ｔ ７ ．　 ２５ １４１ ６ ．　 １０２ ８ ．　 １４４ ６ ．　 １３５ ２ ．　 １３４ ０ ．　 １７１ ５ ．　 ９５２ ６ ．　 原支撐加大 １ ．　 ２８ ３ ．　 ２８ ３ ．　 ５４ ５ ．　 ４２ ４ ．　 ８８ ４ ．　 ８４ ９ ．　 ９３ ３１８ ３ ．　 新加支撐 ３． ４３ ７． ９１ ８． ６６ ８． ７８ ６． ９２ ６． １０ １３０ ０． ５１１ ２． 面積后增質(zhì)／ 質(zhì)量／ ｔ ｔ

０ ９　 　 Ｕ ３ ５ －３ ５ －１ ８ ５ Ｃ０ Ｕ ３ ５ －３ ５ －１ ７ １ 　 Ｃ０ ０ ３　 １ 合計(jì) ４　 ０

１７ ６ ３ １９ ２ ８ �。� ．　 �。� ．　 １３ ３ ９ １４ ５ ３ �。� ．　 �。� ．　 １４２ ２ ．　 ９８ ５ ４ １ �。� ．　 �。� ．　 ０７ ８ ２

４　 黏滯阻尼器方案 ４ １　 黏滯阻尼器簡(jiǎn)介 ． 結(jié)構(gòu)突遇地 震、 風(fēng)， 然 會(huì) 使 其 加 速 振 動(dòng)， 大 必 這 種振動(dòng)傳遞給阻尼 器 的 活 塞 桿， 尼 器 利 用 缸 體 內(nèi) 阻 從 部液體自身的黏滯 特 性 阻 止 活 塞 的 運(yùn) 動(dòng)， 而 給 結(jié) 構(gòu)帶來(lái)附加阻尼， 衰減結(jié)構(gòu)振動(dòng)。 ４ ２　 黏滯阻尼器的布置 ． 通過(guò) 對(duì) 原 結(jié) 構(gòu) 進(jìn) 行 時(shí) 程 分 析 之 后， 到 地 震 作 得 用下位移過(guò)大的各 個(gè) 薄 弱 層， 阻 尼 器 均 勻 分 布 設(shè) 將 置在層間位移較大 的 ２ 共 ４～３ 層， 計(jì) ９ 個(gè) 標(biāo) 準(zhǔn) 黏 ９ ６ 滯阻尼器 和 ８ 個(gè) 可 以 提 供 剛 度 的 黏 滯 阻 尼 器。 另
鋼結(jié)構(gòu) �。� １ 年第 ４ 期第 ２ 卷總第 １ ５ 期 　 ０１ ６ ４

１３４ １ ． ４ ．　 ５ ４ ９５ ．

由于柱截面尺寸較多， 在此沒(méi)有全部列出。 　　 注：

） 方案 ２ ３ ２　 增加原結(jié)構(gòu)支撐截面及數(shù)量 （ ． 各層新增支撐平面布局對(duì)稱、 規(guī)則， 遵循抗側(cè)移 避 剛度中心與結(jié)構(gòu)質(zhì) 量 中 心 盡 量 接 近， 免 扭 轉(zhuǎn) 現(xiàn) 象 放大的原則， 在增加原結(jié)構(gòu)支撐截面的基礎(chǔ)上， 還在 結(jié)構(gòu)的外筒、 筒 １～４ 層 布 置 了 Ｘ 形 支 撐， 平 內(nèi) 其 ０ 面布置如圖 ３ 所示。截面形式同增大的原結(jié)構(gòu)支撐 第 列于表 ３ 的第 ４、 ５ 列。 ３ ８

曹鐵柱， 安置抗震黏滯阻尼器的某超高層建筑經(jīng)濟(jì)性能分析 等：

外， 由脈動(dòng)風(fēng)時(shí)程計(jì)算結(jié)果得知， 較高樓層的加速度 決定在 樓 頂 “ 炬 式” 臂 桁 架 根 部 加 火 懸 已嚴(yán)重超標(biāo)， 設(shè) ４ 個(gè)抗風(fēng)黏滯阻尼器（ ４ 。 圖 ）

觀 Ｅ Ｂ 軟件中 定 義 結(jié) 構(gòu) 靜 荷 載 和 地 震 力 組 合， ＴＡ Ｓ 采 察結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力 狀 態(tài)。 結(jié) 果 表 明， 用 傳 統(tǒng) 抗 震 方 案結(jié)構(gòu)的支撐、 梁甚 至 柱 子 出 現(xiàn) 了 大 面 積 構(gòu) 件 的 屈 服， 這與結(jié)構(gòu)層 間 位 移 計(jì) 算 結(jié) 果 是 相 對(duì) 應(yīng) 的。 而 阻 尼器抗震 方 案 明 顯 有 效 地 改 善 了 結(jié) 構(gòu) 受 力， 撐、 支 梁、 柱幾乎全部保持彈性， 未達(dá)到屈服狀態(tài)。結(jié)果表 明： 阻尼器可使結(jié)構(gòu)在中震情況下的破壞大大減小。

圖 ４　 阻尼器布置示意

５　 減震效果對(duì)比 首先肯定的是， 傳統(tǒng)抗震 方 案 １、 案 ２ 和 加 設(shè) 方 黏滯阻 尼 器 方 案 均 能 使 原 結(jié) 構(gòu) 滿 足 Ｇ 　 ０ １ Ｂ ５ ０ １－ ２ ０ 的要求。 ０１ 結(jié)構(gòu)的 ４ 個(gè)模型振型分析結(jié)果如表 ４ 所示。結(jié) 傳統(tǒng)的抗震 方 案 通 過(guò) 增 加 結(jié) 構(gòu) 的 抗 側(cè) 剛 度 果表明， 會(huì)使結(jié)構(gòu)的周期變短。由地震加速度反應(yīng)譜可以清 楚地認(rèn)識(shí)到， 對(duì)于 高 柔、 跨 的 長(zhǎng) 周 期 結(jié) 構(gòu) 來(lái) 說(shuō)， 大 周 期的縮短會(huì)產(chǎn)生更大的地震力。
表 ４　 結(jié)構(gòu)自振周期
方　案 原結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)方案 １ 　 傳統(tǒng)方案 ２ 　 黏滯阻尼器方案 振型階數(shù) １ 　 ５９　 ．９ ５８　 ．２ ５０　 ．５ ５９　 ．９ ２ 　 ５１　 ．９ ４９　 ．９ ４３　 ．９ ５１　 ．９ ３ 　 ４３　 ．２ ４１　 ．９ ３３　 ．７ ４３　 ．２ ４ 　 １８　 ．４ １７　 ．７ １５　 ．０ １８　 ．４ ５ １６ ．５ １５ ．７ １３ ．６ １６ ．５ ａ 大震； 中震 － ｂ－
■ ——原結(jié)構(gòu)； ● ——方案 １； ▲ ——方案 ２； ◆ ——黏滯阻尼器方案

ｓ

表 通過(guò)增 大 結(jié) 構(gòu) 抗 側(cè) 能 力 　　 從圖 ５、 ５ 可以看出， （ 、 ） 低 結(jié) 構(gòu) 的 層 間 位 移 轉(zhuǎn) 角 時(shí)， 非 方案 １ 方案 ２ 降 并 。 每一層都得到均勻 明 顯 的 改 善 （ ２ 如 ６～３ 層） 與 ０ 原結(jié)構(gòu)相比， 在較高層上， 地震反應(yīng)甚至有放大現(xiàn)象 （ 。而 薄弱層的層間位移進(jìn)一步放大， ２ 如 ８～３ 層） ０ 黏滯阻尼器的減震效果非常理想。特別是中震作用 下， 采用傳統(tǒng)抗震 方 案 的 結(jié) 構(gòu) 各 層 將 近 半 數(shù) 可 能 已 經(jīng)進(jìn)入屈服 階 段， 間 位 移 角 大 于 ０ ０ ３３ｒｄ 而 層 ．０ 　 ａ ， 采用阻尼器減震方案時(shí)， 結(jié)構(gòu)的抗震能力明顯較強(qiáng)， 中震情況下結(jié)構(gòu)仍保持在彈性變形范圍內(nèi)。為了更 充分地檢驗(yàn)這 一 結(jié) 論， 鑒 Ｕ Ｃ（ 國(guó) 統(tǒng) 一 建 筑 標(biāo) 借 Ｂ 美 準(zhǔn)）荷 載 定 義 方 法，根 據(jù) 時(shí) 程 分 析 的 結(jié) 果，在
ＳｅｌＣ ｎｔｕｔ ｎ ２ １ （ ） Ｖ ｌ２ ，Ｎ ．４ ｔｅ　ｏ ｓｒｃ ｏ ． ０ １ ４ ， ｏ．６ ｏ １ ５ ｉ

圖 ５　 地震作用下 Ｘ 方向?qū)娱g位移角

表 ５　 大震情況下的時(shí)程分析結(jié)果
方　案 原結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)抗震方案 １ 　 傳統(tǒng)抗震方案 ２ 　 黏滯阻尼器方案 最大層間位 移角／ａ ｒｄ ００８ ．１ 　 ００７ ．１ 　 ００４ ．１ 　 ００１ ．１ 　 最大加 速度／ ｇ ０６ ．０ ０５ ．０ ０４ ．５ ０３ ．０

１］ 　　 文獻(xiàn)［０ 介紹了安置阻尼器后該結(jié)構(gòu)抗震性能 全面提高的情況。近 ２ 年來(lái)， 越來(lái)越多的工程選擇 ０ 采用黏滯阻尼器進(jìn)行耗能減震， 幾十座中、 高層建筑 都得到了同樣的利 好 結(jié) 果， 像 墨 西 哥 大 樓 那 樣 經(jīng) 并 ３ ９

工程設(shè)計(jì)

受了地震和大風(fēng)的考驗(yàn)。 ６　 黏滯阻尼器方案的經(jīng)濟(jì)性能分析 如上所述， 液體黏滯阻尼器可以使結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)、 抗震性能大幅提高。業(yè)主和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者也同樣關(guān)心 其工程的造價(jià)投入是否同樣大幅提升。工程的造價(jià) 一是直接建設(shè)費(fèi)用， 二是在中期 基本可分為兩部分， 和長(zhǎng)期使用期間，， 護(hù) 及 各 種 失 效 損 失 費(fèi) 用。 國(guó) 內(nèi) 維 對(duì)這方面的研究較 少， 見(jiàn) 結(jié) 構(gòu) 使 用 間 接 費(fèi) 用 的 估 鮮 算。以下對(duì)盤古大 觀 廣 場(chǎng) 寫(xiě) 字 樓 的 不 同 減 震 方 案， 及對(duì)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性能的影響分別進(jìn)行計(jì)算比較。 方 ６ １　 耗能減震結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)抗震方 案 １、 案 ２ 的 直 ． 接建設(shè)費(fèi)用對(duì)比 實(shí)際上， 黏滯阻尼器提高了結(jié)構(gòu)的阻尼比， 減小 大風(fēng)情況下的動(dòng)力反應(yīng)， 上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件 結(jié)構(gòu)在地震、 的數(shù)量、 截面可相應(yīng)減小， 使結(jié)構(gòu)可以滿足更高的要 求。以減小后的“ 原結(jié)構(gòu)” 作為對(duì)比的參照點(diǎn)。非結(jié) 本 構(gòu)構(gòu)件的裝修和連 接 構(gòu) 造 可 適 當(dāng) 簡(jiǎn) 化 （ 次 對(duì) 比 忽 。 略該項(xiàng)） 對(duì)比 ３ 種 方 案 中 的 增 加 部 分， 于 表 ６。 鋼 結(jié) 列 構(gòu)材料、 加工及安 裝 按 照 １ 萬(wàn) 元／ 計(jì) 算。 黏 滯 阻 尼 ｔ ， 器的費(fèi)用（ 包括產(chǎn) 品 的 生 產(chǎn)、 驗(yàn)、 輸 及 安 裝 等） 試 運(yùn) 主要取決于產(chǎn)品數(shù)量、 布局及參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性。
表 ６　 本工程阻尼器和傳統(tǒng)方案造價(jià)對(duì)比
項(xiàng)　目 傳統(tǒng) 方案 方案 ２ 黏滯阻尼器方案 方案 １ 方案內(nèi)容 加 大 柱 子 截 面、 大 支 撐 截 加 面， 提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度 加大支撐截面、 增加支撐個(gè)數(shù) 通過(guò)在 結(jié) 構(gòu) 中 加 設(shè) 黏 滯 阻 尼 器給結(jié)構(gòu)附加阻尼比， 提高抗 震能力 鋼結(jié)構(gòu)材料、 加工及安裝按 １ 萬(wàn)元／ 計(jì)算。 ｔ 　　 注： ８２９ ５． ５０ ８ 直接費(fèi)用／萬(wàn)元 １２ ４ ６ �。� ．

） ２ 加速度引起的損失。各樓層的慣性力導(dǎo)致家 具、 電器及設(shè)備 的 損 壞。 傳 統(tǒng) 延 性 設(shè) 計(jì) 抗 震 方 法 很 難同時(shí)減少這兩種損失， 將結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件截面、 支撐 提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度， 可以減小結(jié)構(gòu)的層間 數(shù)量增大， 位移， 但同時(shí)會(huì)減小結(jié)構(gòu)的周期， 吸收更多的地震能 增大樓層的加速度反應(yīng)。一般情況下， 對(duì)于這些 量， 損失較難量化， 只作定性說(shuō)明。本文通過(guò)文獻(xiàn)［ ］ ３給 出的方法， 利用層間 位 移 和 樓 層 加 速 度 變 化 引 起 的 結(jié)構(gòu)損失費(fèi)用比率 表， 阻 尼 器 抗 震 和 傳 統(tǒng) 方 法 震 將 后損失及維修費(fèi) 用 量 化。 這 里， 失 比 率 指 損 失 費(fèi) 損 用與直接建設(shè)費(fèi)用 之 比， 修 因 子 指 修 復(fù) 所 需 費(fèi) 用 維 與損失費(fèi)用之比（ ７、 ８ 。 表 表 ）
表 ７　 層間位移引起的損失比率
項(xiàng)　目 框架 剪力墻 承重墻 次梁 窗 填充墻及 非結(jié)構(gòu)墻 樓板 基礎(chǔ) 建筑設(shè)備管線 家具 １５ ．　 １５ ．　 １２　 ．５ １０ ．　 ０ 　 ０ 　 ０ 　 ０ 　 ００　 ．１ ００　 ．１ ００　 ．２ ００　 ．２ ００　 ．４ ００　 ．４ ００　 ．７ ００　 ．７ ０１ ．２ ０１ ．０ ０１ ．５ ０１ ．５ 維修 因子 ２０ ．　 ２０ ．　 ２０ ．　 １５ ．　 １５ ．　 １２　 ．５ ００１ ．０ 　 ０ 　 ０ 　 ０ 　 ０ 　 ０ 　 ０ 　 層間位移角／ａ ｒｄ ００５ ．０ 　 ００　 ．１ ００　 ．５ ０１　 ．０ ００５ ．０ 　 ０３　 ．０ ０１　 ．０ ００　 ．１ ００　 ．２ ０３　 ．０ ０２　 ．０ ００　 ．１ ０８　 ．０ ０３　 ．０ ００ ．２ ００ ．５ ０３ ．０ ０５ ．０ ００ ．２ １０ ． １０ ．

表 ８　 樓層加速度引起的損失比率
項(xiàng)　目 樓板 天花板及 燈具 建筑設(shè)備 管線 電梯 基礎(chǔ) 家具 １５ ．　 １５ ．　 ００　 ．１ ００　 ．１ ０１　 ．０ ００　 ．２ ０２　 ．０ ０５　 ．０ ０１　 ．０ ０６　 ．０ ０７　 ．０ ０５　 ．０ ０９　 ．０ １０ ． １０ ． １０ ． １２　 ００　 ．５ ．１ ０１　 ．０ ０４　 ．５ ０６　 ．０ １０ ． 維修 因子 １５ ．　 ００　 ．８ ００　 ．１ 樓層加速度／ ｇ ０１　 ．８ ００　 ．２ ０１　 ．０ ０５　 ．０ ０１　 ．０ ０６　 ．０ １２ ．　 ０５　 ．０ ０９　 ．５ １４ ． １０ ． １０ ．

１２　 ００　 ．５ ．１

黏 　　 通過(guò)本工程不 同 方 案 的 造 價(jià) 對(duì) 比 來(lái) 看， 滯 阻 尼器方案比傳統(tǒng)方案節(jié)省 ２ ０ 萬(wàn) ～７ ０ 萬(wàn)元。 ０ ０ ６ ２　 耗能減震結(jié) 構(gòu) 與 傳 統(tǒng) 抗 震 結(jié) 構(gòu) 的 間 接 建 設(shè) 費(fèi) ． 用 地震、 大風(fēng)可以使結(jié)構(gòu)失去使用功能， 造成內(nèi)部 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和設(shè)備 的 損 壞， 程 度 主 要 從 以 下 兩 個(gè) 其 方面評(píng)測(cè)。 ） １ 層間位移引起的損失。層間位移引起結(jié)構(gòu)構(gòu) 件的變形會(huì)損壞結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件和一些非承重構(gòu) 件， 如玻璃幕墻、 裝修、 門窗及隔斷。

１０　 ００　 ．５ ．５

， 表 　　 根據(jù)大震 情 況 下 的 時(shí) 程 分 析 結(jié) 果 （ ５） 對(duì) 照 表 ７、 ８ 計(jì) 算 本 工 程 不 同 結(jié) 構(gòu) 抗 震 方 案 損 失 比 率 表 （ ， 按線性插值法） 計(jì)算結(jié)果列于表 ９、 １ 。可以看 表 ０ 出， 大震過(guò)后， 黏滯阻尼器抗震方案較傳統(tǒng)抗震方法 可以節(jié)省大量的地 震 損 失 及 震 后 維 修 費(fèi) 用 （ 工 程 本 均大約減少 了 ４ ） 中 震 狀 態(tài) 下， 項(xiàng) 均 可 節(jié) 約 兩 ０％ 。 。 不詳細(xì)列表） ２ （ ５％ 篇幅有限，
鋼結(jié)構(gòu) �。� １ 年第 ４ 期第 ２ 卷總第 １ ５ 期 　 ０１ ６ ４

４ ０

曹鐵柱， 安置抗震黏滯阻尼器的某超高層建筑經(jīng)濟(jì)性能分析 等： 表 ９　 大震狀況下， 盤古大觀廣場(chǎng)寫(xiě)字樓層間位移引起的損失比率
項(xiàng)　目 框架 剪力墻 承重墻 次梁 窗 填充墻及非結(jié)構(gòu)墻 樓板 基礎(chǔ) 建筑設(shè)備管線 家具 合計(jì) 均值 維修因子 原結(jié)構(gòu) ００　 ．９ ０６　 ．０ ０８　 ．８ ００　 ．３ １４　 ．４ １０　 ．８ ０１　 ．６ ０１　 ．３ ０１　 ．７ ０１　 ．３ ４７　 ．０ ０４　 ．７ 方案 １ ００　 ．８ ０６　 ．０ ０８　 ．２ ００　 ．３ １４　 ．１ ０９　 ．９ ０１　 ．４ ０１　 ．２ ０１　 ．６ ０１　 ．３ ４４　 ．８ ０４　 ．５ 方案 ２ ００　 ．６ ０６　 ．０ ０６　 ．４ ００　 ．２ １３　 ．２ ０７　 ．３ ０１　 ．１ ０１　 ．０ ０１　 ．３ ０１　 ．０ ３８　 ．０ ０３　 ．８ 阻尼器法 ００　 ．５ ０６　 ．０ ０４　 ．６ ００　 ．２ １２　 ．３ ０４　 ．６ ００　 ．７ ００　 ．７ ０１　 ．０ ００　 ．８ ３１　 ．３ ０３　 ．１ 原結(jié)構(gòu) 　 ００　 ．４ ０３　 ．０ ０４　 ．４ ００　 ．２ ０９　 ．６ ０８　 ．６ ０１　 ．０ ００　 ．９ ０１　 ．３ ０１　 ．３ ３０　 ．８ ０３　 ．１ 損失比率 方案 １　 ００　 ．４ ０３　 ．０ ０４　 ．１ ００　 ．２ ０９　 ．４ ０７　 ．９ ０１　 ．０ ００　 ．８ ０１　 ．３ ０１　 ．３ ２９　 ．３ ０２　 ．９ 方案 ２　 ００　 ．３ ０３　 ．０ ０３　 ．２ ００　 ．１ ０８　 ．８ ０５　 ．８ ００　 ．７ ００　 ．６ ０１　 ．０ ０１　 ．０ ２４　 ．７ ０２　 ．５ 阻尼器法 　 ００ ．２ ０３ ．０ ０２ ．３ ００ ．１ ０８ ．２ ０３ ．７ ００ ．５ ００ ．５ ００ ．８ ００ ．８ ２０ ．０ ０２ ．０

表 １ 大震狀況下， 盤古大觀廣場(chǎng)寫(xiě)字樓樓層加速度引起的損失比率 ０　
項(xiàng)　目 樓板 天花板及燈具 建筑設(shè)備管線 電梯 基礎(chǔ) 家具 合計(jì) 均值 維修因子 原結(jié)構(gòu) ０２　 ．８ ０８　 ．４ ０６　 ．０ ０８　 ．１ ０２　 ．８ ０７　 ．０ ３５　 ．０ ０５　 ．８ 方案 １ ０１　 ．５ ０７　 ．５ ０５　 ．６ ０７　 ．５ ０１　 ．５ ０６　 ．３ ２９　 ．９ ０５　 ．０ 方案 ２ ０１　 ．３ ０６　 ．６ ０５　 ．０ ０６　 ．６ ０１　 ．３ ０５　 ．７ ２６　 ．４ ０４　 ．４ 阻尼器法 ００　 ．８ ０３　 ．６ ０２　 ．９ ０３　 ．８ ００　 ．８ ０３　 ．７ １５　 ．４ ０２　 ．６ 原結(jié)構(gòu) 　 ０１　 ．８ ０６　 ．７ ０４　 ．８ ０５　 ．４ ０１　 ．８ ０６　 ．６ ２７　 ．３ ０４　 ．５ 損失比率 方案 １　 ０１　 ．０ ０６　 ．０ ０４　 ．５ ０５　 ．０ ０１　 ．０ ０６　 ．０ ２３　 ．５ ０３　 ．９ 方案 ２　 ００　 ．９ ０５　 ．３ ０４　 ．０ ０４　 ．４ ００　 ．９ ０５　 ．４ ２０　 ．８ ０３　 ．５ 阻尼器法 　 ００ ．５ ０２ ．９ ０２ ．３ ０２ ．５ ００ ．５ ０３ ．５ １２ ．２ ０２ ．０

ｏ �。幔� ｑ ａ ｅＥ ｇｎｅｉｇ Ｂｉｎ ：０ ８． ｎＥ ｒｈ ｕ ｋ 　ｎｉｅｒ ．ｅｉｇ ２ ０ ｎ ｊ

７　 結(jié) 　 論 ） 超高層建筑結(jié)構(gòu)， 黏滯阻尼器較傳 １ 對(duì)于高層、 統(tǒng)抗震方案在提高結(jié)構(gòu)抗震安全儲(chǔ)備中有較突出的 可以大大減少結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)， 這是其他傳統(tǒng) 效果， 抗震手段所達(dá)不到的。 ） 與 ２ 黏滯阻尼器 抗 震 的 投 資 與 效 益 比 率 很 高， 傳統(tǒng)抗震方案相 比， 接 經(jīng) 濟(jì) 造 價(jià) 較 低， 大 震、 直 在 中 震情況下， 地震損失均較小， 維修費(fèi)用均較低。結(jié)果 表明， 對(duì)于本高層結(jié)構(gòu)， 黏滯阻尼器確實(shí)是一投資不 多， 可全面、 大范圍內(nèi)提高結(jié)構(gòu)抗震能力的有效方法。
參考文獻(xiàn)
［ ］ ｏ ｇａ 　�。幔欤� ＳｉｍｃＤ ｍ ｅ　 ｓａ ａ ｏ 　 �。� �。� 　ａ １ �。� ｕｌｓＰ Ｔ ｙｏ ． ｅ ｉ　ａ ｐｒ ｎｔｌ ｔ ｎａ ｔｅＮ ｗ Ｐ － ｓ Ｉ ｌｉ ｔ ｃｉ�。铮� ｗ ｓ　ａｅ ａ �。幔� Ｅ ／ Ｌ］ ［０ ０ －０ －２ ］ Ｈ － ｉｃＮ ｒｈ ｅｔＢ ｓｂｌ Ｐ ｒ ［ Ｂ Ｏ ．２ １ ｆ ｌ ８ ５ ．ｔ ｔ ：／ ｔ ｌｒｅｉ ｓ ｃ ｍ Ｓｉ ｉ －Ｄ ｍ ｅ －Ｂ ｓｂｌ Ｐ ｒ ａ ｃ ｓ ｌ ｐ ／ ｗｗｗ． ｙｏｄｖ ｅ ．ｏ ／ ｅ ｍｃ ａ ｐｒ ａｅ ａ － ａｋ． ｈｍ ． ｔｌ ［ ］ ａ ｕｌ　 ｎａｔ， ａ ｉｓ ｎ ｏｉｓ ｎ Ｒ ｂ ｍｔ ２ 　Ｓ ｍ ｅ Ｉｆｎｉ Ｊ ｍｅｏ �。� ｂｎｏ ， ｏ �。� ｉｈ．Ｖｓｏ ｓ ｅ ｉｃ ｕ ｌ ｄ Ｄ ｍ ｅｓｆｒ Ｈｇ －Ｒｓ 　 ｕ ｄｎ ［ ］／ ４ｈ　 ｏｌ 　 ｏｆｒｎｅ ａ ｐｒ　ｏ �。椋� ｉｅＢ ｉ ｉｇ Ｃ ／ １ ｔ Ｗ ｒ Ｃ ｎｅｅ ｃ

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· 小知識(shí) ·
關(guān)鍵詞屬于主題詞中的一類， 它是反映主題內(nèi)容的詞或詞組， 一般一篇論文可選取 ３～８ 個(gè)詞作為關(guān)鍵詞。關(guān)鍵詞與主題 詞的運(yùn)用， 主要是為了適應(yīng)計(jì)算機(jī)檢索需要。 ＳｅｌＣ ｎｔｕｔ ｎ ２ １ （ ） Ｖ ｌ２ ，Ｎ ．４ ｔｅ�。� ｓｒｃ ｏ ． ０ １ ４ ， ｏ．６ ｏ １ ５ ｉ

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  本文關(guān)鍵詞：安置抗震黏滯阻尼器的某超高層建筑經(jīng)濟(jì)性能分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。