浅谈高层建筑结构加强层耗能减震技术的设计研究

卢长春

摘要：随着城市居住人口的增多，导致其土地面积逐渐缩小，为了节约更多的土地资源，同时满足人们的居住需求，高层建筑逐渐兴起并且成为城市建筑中的主要群落。虽然高层建筑一定程度上解决了人们的居住问题，但是这种建筑由于高度比一般建筑高，建筑的结构以及建筑质量成为人们关注的重点问题。一旦遇到突发的地震或者是自然灾害的侵袭，建筑结构的牢固性将会成为人们生命安全的决定性因素。本文就某高层建筑为背景，分析了粘滞阻尼器在伸臂桁架中的应用情况下，并且进一步分析了粘滞阻尼器在地震作用下的减振效果。

关键词：高层建筑；结构；加强层；耗能减震；技术

随着高层建筑的发展，建筑结构体系更为复杂化，现有的建筑结构体系已经不能够满足高层建筑中结构抗震和风振控制的要求，需要采用新型的技术满足高层建筑发展中各种功能的需要。而耗能减振技术是一种具有良好性能，并且经济、有效的建筑施工技术，满足高层建筑施工的各种功能需要，在现代建筑结构中的应用能够很好地促进高层建筑结构的巩固和发展。

一、耗能减振技术的设计原理

耗能减振技术属于一种结构被动控制措施，这种技术中主要采用的是结构振动控制技术，对建筑的结构施加控制系统，与建筑结构共同发挥作用来减轻主体结构的地震反应，是一种有效的抗震途径。耗能减振结构中一般使用的装置是阻尼器，阻尼器的种类相对较多，文章主要就粘滞阻尼器抗震加固工程中的设计进行分析。粘滞阻尼器是根据流体运动，特别是流体通过节流孔产生的粘滞阻力原理而制成的，这种阻尼器是一种刚度与速度相关的阻尼器。在高层建筑中的应用能够减轻地震对建筑结构带来的伤害，阻尼器能够最大程度的吸收和消耗地震给建筑造成的冲击力，从而缓解了地震对建筑结构的破坏。

二、高层建筑结构中耗能减振技术的设计

（一）工程的具体概况分析

案例选择了某区域的一高层建筑作为工程背景，进而研究粘滞阻尼器在高层建筑结构抗震设计中的具体应用。该高层建筑结构所处的地区抗震防裂度为8度，建筑结构高度为260米，该建筑主要分为55个楼层，其中地下建筑有4层，地上建筑有51层，建筑的结构体系主要采用了不同框架组合的结构体系，其中包括组合结构外框架、钢筋混凝土核心架构以及伸臂环带桁架结构体系，沿着建筑的纵向在建筑中三个不同的楼层设置了环带桁架，并且又在其中的两个楼层中设置了伸臂桁架。

（二）粘滞阻尼器在伸臂桁架中的应用

在建筑结构高度为0.45H、0.7H的伸臂桁架位置设置粘滞阻尼器，可以分为三种方案进行设计，其中方案一是采取单根阻尼支撑的形式进行布置，用黏滞阻尼支撑代替伸臂桁架与外框柱连接处的斜腹杆，方案二是水平方向布置粘滞阻尼器，将粘滞阻尼器设置在伸臂桁架斜腹杆的交点与核心筒之间的位置，方案三是在垂直方向上设置粘滞阻尼器，将垂直方向的粘滞阻尼器设置在伸臂桁架与外框柱之间。设置完成之后，采用弹塑性软件分析三种方案对地震波的影响，然后对三种方案的减震效果进行对比。分析在地震多发的情况下对楼层间的位移角以及基层剪力变化以及地震罕发情况下楼层间位移角的变化。就多地震作用下楼层间位移角的变化分析，三种粘滞阻尼器布置方案都不同程度的减小了楼层结构中的位移角，但是三种方案中减震效果最佳的是方案三。

就罕遇地震作用下楼层间位移角的变化分析，方案三的减震效果并不明显，主要原因是罕遇地震作用下结构连梁的塑性发展比较充分，连梁的塑性耗能依旧是主要耗能方式，因此导致该方案的减震效果不佳。

综合分析可知，三种方案均能够减少结构地震作用，同时还能够减少伸臂桁架带来建立墙的损失，粘滞阻尼器与伸臂桁架方案的结合更为合理。因此，对于各种方案的具体选择上，可以根据建筑功能结构以及设备安装的具体情况进行选择。一般情况下，粘滞阻尼器的布置位置应该设置在其产生速度较大的位置上，从而耗散地震的输入能力，进一步减少结构地震带来的作用。

（三）粘滞阻尼器在环带桁架中的应用

1、粘滞阻尼器在环带桁架中布置位置的选择

为了对粘滞阻尼器在环带桁架中的较优位置进行选择，可以采用建立模型的方式，根据结构模型在环带桁架忠的设置高度不同，可以将模型自上而下分为不同的类别，分别是0.89H、0.71H、0.45H模型。

在多遇地震的情况下，结构模型无加强层时层间位移角与速度之间呈现正相关的关系。当环带桁架位置不同时，结构模型粘滞阻尼器的减震效果与耗能比例会出现的一定的变化，随着建筑位置的升高，结构模型粘滞阻尼器的抗震幅度就会降低，其耗能比例也会出现相应的缩小。根据相关资料显示，粘滞阻尼器减震效果较好的位置是0.45H以及0.71H处，主要原因在于该位置的相对速度大于其他位置，能够促进粘滞阻尼器作用的有效发挥。

综合上述位置的变化以及速度表示图形可以得出结论，最大层间位移角与最大层间相对速度出现的位置一般都是一致的，此外，粘滞阻尼器的布置位置应该选择在层间位移角或者是层间相对速度较大的位置上，这样才能够起到较好的减震效果。

2、粘滞阻尼器在环带桁架中的结构耗能效率分析

为了对粘滞阻尼器在环带桁架中的结构耗能效率进行研究，在模型设计中选取五个高层模型作为示例，楼层的高度分别为200米、250米、300米、350米和400米，将楼层间的环带桁架结构设置为带有粘滞阻尼器的环带桁架结构，从而对比普通环带桁架结构与粘滞阻尼器环带桁架结构在遇到地震的作用下的减震效果。粘滞阻尼器环带桁架结构减震效果与粘滞阻尼器耗能效率的对比数据如下所示，当楼层的高度依次为数值200米、250米、300米、350米和400米时，n的数值依次为112、112、132、144、200，的数值依次为35、23、21、22、15，的数值为26、18、16、13、14，的数值依次为50、44、39、38、26，的数值依次为100、88、66、59、30，该数据是粘滞阻尼器环带桁架结构减震效果与粘滞阻尼器耗能效率的对比

在上述数值中，n表示粘滞阻尼器的数量，表示基底剪力降幅，表示层间位移角的降幅，表示粘滞阻尼器的耗能比例，表示粘滞阻尼器的耗能效率。从表中可以看出，在结构高度不断增加的过程中，粘滞阻尼器的耗能效率就会出现下降，由于粘滞阻尼器的耗能与其速度有一定的关系，所以两端相对速度越大时，其耗能效果就会越好。

结束语：

高层建筑建构加强层耗能减震技术的合理设计一定程度上能够减低地震带给建筑的破坏程度，粘滞阻尼器需要设置在结构层间相对速度较大的位置，并且在其中布置伸臂桁架，可以进一步减少结构的地震作用，从而保障建筑在地震情况下的安全性。

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