減隔震組合技術在鋼框架結構抗震中的應用研究

張曉雷

（江西理工大學建筑與測繪工程學院 江西贛州 341000）

0 引言

近年來，由于人們對建筑抗震防災的要求日益提高，傳統抗震結構一味的加強結構強度所能達到的綜合效益變的越來越低。而建筑隔震作為一種新的抗震思路被越來越多的運用在實際工程中，并且隨著隔震技術的不斷發展，隔震支座的位置也越來越靈活不再只是早期僅在基礎底部設置，以隔震層設于首層柱頂居多的層間隔震建筑也逐步出現。層間隔震的出現，使隔震支座的布置位置靈活多變，為隔震支座在工程中的使用提供了更多的可能性，但層間隔震卻對隔震層以下的加速度無法很好的抑制，因此本文引入了粘滯消能支撐，將隔震和減震兩種技術組合在一起[1]，為隔震設計提供新的思路。

1 鋼框架隔震結構的分析與設計

1.1 工程概況

本文以某鋼框架實驗樓為例進行分析，總平面尺寸為24m×15m，本實驗樓為地上四層建筑，第一層的高度為3.9m，二～四層的高度為3.6m，建筑的總高度為14.7m。實驗樓整體框架采用材料為鋼梁和鋼柱構造，采用現澆鋼筋混凝土結構樓（屋）蓋，其中基礎采用現澆鋼筋混凝土構造的鋼柱下雙向交梁條基。由建筑抗震設計規范可查，遭遇多遇地震時水平地震影響系數最大值αmax=0.16，罕遇地震作用時水平地震影響系數最大值 αmax=0.90。

1.2 隔震層初步設計

鋼框架隔震結構是上部樓層的剛度遠大于隔震層的剛度，同時將輸入的能量大多匯集在隔震支座上[2]的結構。本文中通過計算和校核，最終確定將型號為普通橡膠支座LNR500和鉛芯橡膠支座LRB600兩種隔震支座混合使用。鉛芯橡膠支座與普通橡膠支座的區別在于將中部的散熱空心替換為鉛芯，此鉛芯具有攔截從地面傳到上層結構的地震破壞的用途，與此同時，鉛芯橡膠支座為結構提供了剛度和阻尼。鉛芯橡膠支座與普通橡膠支座由于各自的特點，在隔震層也將會具有不同的作用，鉛芯橡膠支座與普通橡膠支座的不同布置方式也將會對隔震效果產生很大的影響。因此本文擬在四周柱頂布置鉛芯橡膠支座，天然橡膠支座布置中間柱頂[3]，采用此種混合方式，一方面可以利用鉛芯結構的大阻尼結構抗扭轉性將會增強，另一方面利用普通橡膠支座吸收更多的地震能量。本文隔震支座在薄弱層的具體布置位置如圖1所示。

圖1 隔震支座具體布置

1.3 結構有限元模型的建立

應用有限元程序SAP2000，當隔震支座位于首層薄弱層柱頂時建立柱頂隔震模型，如圖2所示。

圖2 柱頂隔震三維模型

由于首層柱底隔震在鋼框架結構中應用較少，本文另個一方面可以驗證隔震技術在鋼框架結構中也是有效的。

2 減隔震組合技術在柱頂隔震建筑中的應用

2.1 粘滯阻尼器在SAP2000中的模擬

SAP2000是一款應用成熟的有限元模型建立和分析軟件，軟件中的消能減震裝置是通過支座之間的連接進行模擬實現，軟件中具有專門的隔震支座模擬連接選項。同時本文在薄弱層放置粘滯阻尼支撐時，SAP2000中有專門的阻尼（Damper）連接選項。該模塊本身可以模擬線性的構件，也可以模擬非線性構件，程序SAP2000應用于結構線性分析時，自動采用線性屬性，當結構進入非線性階段時，會采用自帶的非線性屬性。

2.2 支撐與隔震支座組合體系建立

本文是在首層柱頂以上述布置方式布置隔震支座。并且在隔震層的下部即薄弱層中適當的布置粘滯消能支撐，其中粘滯消能支撐是在節點之間將粘滯阻尼器與支撐串聯起來，在薄弱層以對角斜撐進行安裝，在布置時考慮鋼框架結構實驗樓的功能，因為在地震的作用下，框架結構以剪切破壞最為明顯，底部薄弱層破壞最明顯，將粘滯阻尼支撐安裝在隔震層下的底層時減震效果最好，粘滯阻尼支撐大大增加了框架的阻尼，而對結構本身自振周期沒有影響，也沒有增大結構的剛度。粘滯阻尼支撐的布置可以吸收和消耗大量薄弱層的地震能量，大大減小隔震層以下薄弱層的加速度反應，恰恰與層間隔震支座的布置構成功能上互補的關系，從而明顯增強鋼框架結構的抗震性能，兩者的組合減震功能就是本文的創新之處。

3 展望及建議

總之，粘滯阻尼支撐與隔震支座的組合應用是建筑抗震設計方法的創新，將阻尼減震支撐和隔震支座這兩種近年來研究的熱點技術的聯合應用也起到了很好的互補作用。本文僅從宏觀層次對層間隔震進行了改進建議，對于減隔震組合技術還需要跟進研究，以期形成一套完整的理論體系。