上篇文章《減震結構設計求真之一》(附加阻尼比估算是有前提的)對減震結構附加阻尼比估算方法進行了討論,得到如下結論:
1) 《建筑抗震設計規范》中給出的消能減震結構附加阻尼比估算方法存在較多理想化前提假定;
2) 《結構動力學》引入相關前提假定是為降低減震結構分析難度,并可采用線彈性分析方法進行減震結構設計;
《建設工程抗震管理條例》發布實施后,掀起了持續的減隔震設計熱潮。這個階段由于大家對減隔震設計不熟悉,以及原有抗震設計慣性思維的存在,會出現一些并不合理的減隔震設計案例,本期文章我們討論一些減震結構設計時應盡量避免的誤區。
(本文算例結果由周璋鑫、賈蘇提供,采用SAUSG軟件計算)
通過與基于非線性分析的能量比算法對比,可以研究《建筑抗震設計規范》給出的消能減震結構附加阻尼比估算方法的計算誤差。
算例1:某10層框架結構,X、Y向分別設置40個位移型阻尼器,計算模型與計算結果如下:
可以看出:
1) “抗規”估算方法得到的附加阻尼比明顯大于基于非線性分析能量比法計算結果,可能夸大消能減震裝置的減震效果,使得減震結構設計結果偏于不安全;
2) 兩種方法計算結果產生差異的根本原因是“抗規”估算方法存在較多前提假定(見上一篇文章論述),當超出這些前提假定的適用范圍時,估算方法將產生較大的計算誤差。
習慣了抗震設計,容易將一些抗震設計慣性思維應用于減震結構設計。抗震設計,是指利用建筑結構較強的抗側力體系來抵抗地震作用,保證建筑結構安全,抗震結構通常具有較大的抗側力剛度,例如布置較多的剪力墻構件。減震結構通過布置消能減震裝置耗散地震輸入能量,一般采用框架結構等柔性抗側力體系,使得消能減震裝置可產生較大的相對變形(相對速度),以發揮減震效果。
如果在框架—剪力墻結構或剪力墻結構中布置消能減震裝置,是否可以起到較好的減震效果呢?
算例2:某10層框架—剪力墻結構,X、Y向分別設置40、50組墻板式速度型阻尼器,結構模型與計算結果如下:
可以看出:
1) 框架—剪力墻結構中消能減震裝置對應的附加阻尼比要明顯低于框架結構中的結果;
2) “抗規”估算方法同樣可能夸大框架—剪力墻結構中消能減震裝置的減震效果,使得減震結構設計結果偏于不安全。
所以,在抗側力剛度較大的框架—剪力墻結構、框架—筒體結構或剪力墻結構中增加消能減震裝置,可發揮的減震作用是有限的,建議在同一個建筑結構中不宜“抗震”與“減震”兩種設計概念共存。
算例3:某6層框架——剪力墻結構,布置連梁型阻尼器,分別采用剛性樓板假定、彈性樓板(混凝土連梁與樓板連接)、彈性樓板(混凝土連梁與樓板斷開)等幾種情況進行非線性分析,計算模型與計算結果如下:
可以看出:
1) 采用連梁型減震裝置時,不應采用剛性樓板假定,否則將因忽略樓板面外剛度貢獻而顯著夸大附加阻尼比,使得減震設計結果偏于不安全;
2) 只有精細模擬連梁型減震裝置與樓板等結構構件的真實連接方式,才能得到消能減震裝置較為準確的減震效果;
本文對減震結構設計中的一些常見誤區進行了討論,得出如下結論:
1) “抗規”給出的消能減震裝置附加阻尼比估算方法具有前提假定,超出適用范圍時可能夸大消能減震裝置的減震效果,使得減震結構設計結果偏于不安全;
2) 應避免減震與抗震概念混淆,采用柔性結構形式可較好地發揮消能減震裝置作用,框架—剪力墻結構或剪力墻結構中布置消能減震裝置的減震效果存疑;
3) 減震結構應建立較精細計算模型進行分析與設計,應正確模擬消能減震裝置與主體結構的連接構造,減震結構進行非線性分析是必要的。