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工程設(shè)計

安置抗震黏滯阻尼器的某超高層建筑 經(jīng)濟性能分析
曹鐵柱 　 陳永祁
（ 北京奇太振控科技發(fā)展有限公司， 北京 　１ ０ ３ ） ００７ 摘 　 要： 盤古大觀鋼結(jié)構(gòu)寫字樓是毗鄰 ２ ０ 奧運會主場館的超高層建筑。在 對 結(jié) 構(gòu) 進 行 抗 震 性 能 分 析 的 過 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)的抗震能力進一步 提 高， 取 加 強 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 其 具 體 內(nèi) 容、 震 效 果 和 經(jīng) 濟 性 進 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 規(guī) 對比。最終結(jié)果表明，對比前兩種傳統(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， 同時還將節(jié)省大量的直接 建 造 費 用 和 長 期 使 用 中 的 間 接 修 范要求， 復(fù)費用。 關(guān)鍵詞： 液體黏滯阻尼器；地震反應(yīng)；一次性投資；長期維護；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提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè) 能力實現(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 隨 著 結(jié) 構(gòu) 側(cè) 向 剛 度 結(jié) 的增大而變化， 震 時 輸 入 到 結(jié) 構(gòu) 的 能 量 也 可 能 隨 地 之增大。這種現(xiàn)象 對 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 題。 黏 滯 阻 尼 器 自 身 沒有剛度， 地震過程 中 幾 乎 不 會 給 結(jié) 構(gòu) 帶 來 任 何 不 如果設(shè)計得當， 在得到很好的減振效果的同 利影響， 時， 還會得到非常好的經(jīng)濟效果。 從以結(jié)構(gòu)破壞為代價的延性設(shè)計到結(jié)構(gòu)保護系 統(tǒng)的使用， 是結(jié) 構(gòu) 工 程 界 革 命 性 的 進 步。 從 長 遠 的 安全使用來說， 其經(jīng)濟性更是不容爭辯的。然而， 除 了定性地說明之外， 定量地說明還涉及到： ） 用 １ 一次性直接 建 設(shè) 投 資 的 影 響， 結(jié) 構(gòu) 保 護 系 ３ ６

統(tǒng)的經(jīng)濟性。 ） 經(jīng)濟上的好處。 ２ 從中長期效果來看， 當然， 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 題， 往 的 文 獻 中 鮮 有 這 一 問 題 已 的介 紹。Ｔ ｙｏ 　 ｏ ｇａ ［ ］在 介 紹 美 國 西 雅 圖 棒 球 ａｌｒＤ ｕｌｓ１ 廠工程時提到， 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 ０ 美元的經(jīng) 費， 并 沒 有 詳 細 介 紹 這 一 數(shù) 字 的 由 來。 但 文獻［］在介紹菲律賓新建不久的 圣 · 弗 朗 瑟 斯 香 ２ 格里拉高塔時提到， 該結(jié)構(gòu)使用了 １ 個大功率加強 ６ 層阻尼器，使其建設(shè)經(jīng)費 節(jié) 省 了 ４０ 萬 美 元。遺 憾 ０ 的是， 沒 有 詳 細 介 紹 這 一 結(jié) 論 的 由 來。 文 獻 也 ［ －４ 在 介 紹 墨 西 哥 市 長 大 樓 的 設(shè) 計 和 施 工 時， 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) �。� 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)濟性能分析 等：

紹了該工程施加阻尼器一次性投資的經(jīng)濟問題。該 耗 大樓采用了 ９ 個輸出大阻尼 力 的 阻 尼 器， 資 ４ ０ ８ ０ 萬美元。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 　０ 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 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 級破壞性地震中，　０ 棟建筑倒塌或嚴重 ． ２７ ０ 破壞，３６ ０棟建筑不同程度損壞。而安裝了 ９ 個 １ �。� ８ 泰勒公司液體黏滯阻尼器的墨西哥市長大樓在該地 幾乎沒有任何損壞， 給世界地震工程 震中安然屹立，
５ 一個巨大的鼓舞 ［ ］。在使用了阻尼器后該建筑的保

圖 １　 結(jié)構(gòu)效果

險費用還減少了 ３ 。２ ０ 年秘魯遭受 ８ 級地震， ３％ ０ ７ 安置了泰勒公司阻 尼 器 的 利 馬 機 場 １ 層 大 廈 安 然 ０ 無恙， 也是一個鼓舞人心的成果。 國內(nèi) 對 這 方 面 的 經(jīng) 濟 研 究 很 少， 多 停 留 在 直 大 接建設(shè)費用的考 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 費用是相當 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 阻 尼 器 使 用 的 經(jīng) 首 濟性進行初步定量分析。 盤古大觀工程在整個抗震設(shè)計中遵循結(jié)構(gòu)抗震 中 設(shè)計 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 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)計要求， 對于罕遇地震， 則依靠安
７ 置黏滯阻尼器來滿足設(shè)計要求 ［ ］。

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字樓主體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè) 計及分析過 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 達到計算精度 、 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， ３ 振 型 周 期 Ｔ ＝ ｔ 扭轉(zhuǎn)周期 Ｔｔ 與以平動為主的第 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 規(guī) 范 》 的 相 關(guān) 規(guī) 定。 ０１ ０１ 建

還要說明一 點，按 絕 對 投 資 來 看， 古 大 觀 所 盤 安裝的 １ ８ 個 泰 勒 公 司 的 阻 尼 器 共 耗 資 ５ ０ 萬 元， ０ ８ 僅為該建筑總體投資的 ５‰ 左右。 ２　 北京盤古大觀廣場原結(jié)構(gòu)概況和動力分析 盤古大 觀 廣 場 ５ 級 智 能 化 鋼 結(jié) 構(gòu) 寫 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 約 翰 馬 丁 公 司 和 北 京 伯 爾 明 設(shè) １ ２８ ０ｍ ， １ �。� 計公司聯(lián)合進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。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 ６第 ６ 層， 在內(nèi)框架和外 框 架 之 間 設(shè) 置 剛 臂 桁 架 來 調(diào) 整 內(nèi) 外框架受力， 以此構(gòu)成雙重抗側(cè)力體系， 達到整體受 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

說明結(jié)構(gòu)的 對 稱 性、 體 性 較 好， 構(gòu) 抗 扭 能 力 較 整 結(jié) 強。 ２ ２　 時程分析及結(jié)果 ． 盤古 大 觀 廣 場 主 塔 樓 抗 震 設(shè) 防 烈 度 為 ８ 度， 場 ， 地 土 類 別 Ⅲ 類， 度 １ １ ５ ｍ （ 于 ８ ｍ） 按 照 高 大 ９． ０ 采用時 程 分 析 方 法 進 行 罕 遇 Ｇ �。� １ Ｂ５ ０ １－２ ０ 規(guī)定， ０１ 地震烈度下的計算。地震波選用中國建筑科學(xué)研究 院抗震所專門為本工程提供的 ６ 組地面運動天然波 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

構(gòu)部分樓層已經(jīng)超出了相關(guān)規(guī)范對層間位移轉(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度超 過３ 將會把桁架端點處的地面豎向作用的加速 ０ｍ， 度嚴重放大， 威脅到整個結(jié)構(gòu)的安全。 ，０ 年設(shè)計基準期內(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 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 驗 室 對 本 工 程 進 行 了 縮尺模型風(fēng)洞試 驗。 試 驗 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 力 風(fēng) 作 用 下 結(jié) 構(gòu) 頂 點 加 速 度 響 鑒 應(yīng)超過了規(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 的 基 礎(chǔ) 上 從 在 柱子和支撐兩個方 向 上 進 行 增 強， 滿 足 罕 遇 地 震 來 下的要求。再用結(jié)構(gòu)保護系統(tǒng)方法加設(shè) １ ８ 個黏滯 ０ 阻尼器一起進行對 比， 察 它 們 抗 震 性 能 的 提 高 效 觀 果和經(jīng)濟性。 ３　 傳統(tǒng)抗震方案 對于 多 高 層 建 筑， 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 抗 震 體 系 是 通 過 傳 提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)能力實現(xiàn)的， 以減小結(jié)構(gòu)側(cè)移， 增強 抵抗地震傾覆力 矩。 對 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 傳 統(tǒng) 有 效 的 方 法。 這里， 分別對采取 ２ 種方法的方案進行對比。 ） 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 柱長／ 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 ４　 ０

１７ ６ ３ １９ ２ ８ �。� ．　 　１ ．　 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　 黏滯阻尼器簡介 ． 結(jié)構(gòu)突遇地 震、 風(fēng)， 然 會 使 其 加 速 振 動， 大 必 這 種振動傳遞給阻尼 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 動， 而 給 結(jié) 構(gòu)帶來附加阻尼， 衰減結(jié)構(gòu)振動。 ４ ２　 黏滯阻尼器的布置 ． 通過 對 原 結(jié) 構(gòu) 進 行 時 程 分 析 之 后， 到 地 震 作 得 用下位移過大的各 個 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 ９ 個 標 準 黏 ９ ６ 滯阻尼器 和 ８ 個 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)濟性能分析 等：

外， 由脈動風(fēng)時程計算結(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 已嚴重超標， 設(shè) ４ 個抗風(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 算 結(jié) 果 是 相 對 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 增 加 結(jié) 構(gòu) 的 抗 側(cè) 剛 度 果表明， 會使結(jié)構(gòu)的周期變短。由地震加速度反應(yīng)譜可以清 楚地認識到， 對于 高 柔、 跨 的 長 周 期 結(jié) 構(gòu) 來 說， 大 周 期的縮短會產(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， 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， 結(jié)構(gòu)的抗震能力明顯較強， 中震情況下結(jié)構(gòu)仍保持在彈性變形范圍內(nèi)。為了更 充分地檢驗這 一 結(jié) 論， 鑒 Ｕ Ｃ（ 國 統(tǒng) 一 建 筑 標 借 Ｂ 美 準）荷 載 定 義 方 法，根 據(jù) 時 程 分 析 的 結(jié) 果，在
ＳｅｌＣ ｎｔｕｔ ｎ ２ １ （ ） Ｖ ｌ２ ，Ｎ ．４ ｔｅ�。� 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［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， 越來越多的工程選擇 ０ 采用黏滯阻尼器進行耗能減震， 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

受了地震和大風(fēng)的考驗。 ６　 黏滯阻尼器方案的經(jīng)濟性能分析 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)計者也同樣關(guān)心 其工程的造價投入是否同樣大幅提升。工程的造價 一是直接建設(shè)費用， 二是在中期 基本可分為兩部分， 和長期使用期間，， 護 及 各 種 失 效 損 失 費 用。 國 內(nèi) 維 對這方面的研究較 少， 見 結(jié) 構(gòu) 使 用 間 接 費 用 的 估 鮮 算。以下對盤古大 觀 廣 場 寫 字 樓 的 不 同 減 震 方 案， 及對結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性能的影響分別進行計算比較。 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)費用對比 實際上， 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)” 作為對比的參照點。非結(jié) 本 構(gòu)構(gòu)件的裝修和連 接 構(gòu) 造 可 適 當 簡 化 （ 次 對 比 忽 。 略該項） 對比 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 元／ 計 算。 黏 滯 阻 尼 ｔ ， 器的費用（ 包括產(chǎn) 品 的 生 產(chǎn)、 驗、 輸 及 安 裝 等） 試 運 主要取決于產(chǎn)品數(shù)量、 布局及參數(shù)設(shè)計的合理性。
表 ６　 本工程阻尼器和傳統(tǒng)方案造價對比
項　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、 增加支撐個數(shù) 通過在 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 萬元／ 計算。 ｔ 　　 注： ８２９ ５． ５０ ８ 直接費用／萬元 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 抗 震 方 法 很 難同時減少這兩種損失， 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， 但同時會減小結(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， 對于這些 量， 損失較難量化， 只作定性說明。本文通過文獻［ ］ 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)損失費用比率 表， 阻 尼 器 抗 震 和 傳 統(tǒng) 方 法 震 將 后損失及維修費 用 量 化。 這 里， 失 比 率 指 損 失 費 損 用與直接建設(shè)費用 之 比， 修 因 子 指 修 復(fù) 所 需 費 用 維 與損失費用之比（ ７、 ８ 。 表 表 ）
表 ７　 層間位移引起的損失比率
項　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　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 　　 通過本工程不 同 方 案 的 造 價 對 比 來 看， 滯 阻 尼器方案比傳統(tǒng)方案節(jié)省 ２ ０ 萬 ～７ ０ 萬元。 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 ． 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 其 方面評測。 ） 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 程 分 析 結(jié) 果 （ ５） 對 照 表 ７、 ８ 計 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） 計算結(jié)果列于表 ９、 １ �？梢钥� 表 ０ 出， 大震過后， 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 用 （ 工 程 本 均大約減少 了 ４ ） 中 震 狀 態(tài) 下， 項 均 可 節(jié) 約 兩 ０％ 。 。 不詳細列表） 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)濟性能分析 等： 表 ９　 大震狀況下， 盤古大觀廣場寫字樓層間位移引起的損失比率
項　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 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， 盤古大觀廣場寫字樓樓層加速度引起的損失比率 ０　
項　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 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 對于高層、 統(tǒng)抗震方案在提高結(jié)構(gòu)抗震安全儲備中有較突出的 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 造 價 較 低， 大 震、 直 在 中 震情況下， 地震損失均較小， 維修費用均較低。結(jié)果 表明， 對于本高層結(jié)構(gòu)， 黏滯阻尼器確實是一投資不 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
［ ］ ｏ ｇａ 　　ａｌｒ ＳｉｍｃＤ ｍ ｅ　 ｓａ ａ ｏ 　 �。� 　ｅ �。� 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 �。� 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

［ ］ Ｎ ｄｎ 　 ３ 　 ａｉｅ Ｍ．Ｓｉｍｃ Ｄ ｓ ｎ，Ｄ ｍ ｅ�。� ｄ ｅ �。� ｍ ｎ ｓ［ ］ ｅ ｉ　 ｅｉ ｓ ａ ｐｒＳｕ ｄｄ Ｄａ ｏ ｄ Ｊ ． ｇ Ｅ ｇｎｅｉｇ Ｎ ｗ �。澹铮� ２ ０ （ ）３ －３ ｎｉｅｒ �。� ｓＲ ｃｒ ， ０ ３ ６ ：４ ８． ｎ ［ ］ ｈ ａ 　 ａｉ ｉｎ Ｅ ｒ ｕ 　 ａｔ ｅ 　 ｏ ｅｏ ｈ 　 ａ ｅｔ ４ �。� ｍ ｄ Ｒ ｈｍａ ， ｎｉ ｅ Ｍ ｒ ｎｚ Ｒ ｍ ｒ ．Ｔ ｅ Ｔｌ ｓ ｉ ｌ ｑ Ｂ ｉ ｉｇ ｎｔｅ Ａｍ ｒ ａ 　 ｏｔ ［ ］ Ｍ ｄｒ �。簦濉� ｏ ｓｒｃ ｕ ｄｎ　 　ｈ 　 ｅｉ ｎ Ｓ ｕｈ Ｊ ． ｏ ｅｎ ＳｅｌＣ ｎｔｕ － ｌ ｉ ｃ ｔ ｎ２０ （） ｉ ，０ ３ ４ ． ｏ ［ ］ 陳永祁， 高正博陽 ． 震 阻 尼 器 在 墨 西 哥 Ｔ ｒｅ Ｍ ｙｒ 高 層 建 抗 ５　 ｏｒ 　 ａ ｏ 筑中的應(yīng)用［］ 鋼結(jié)構(gòu)，０ １，６ １ ：０ －５ Ｊ． ２ １ ２ （ ）５ ４． ［ ］ 馬良喆，陳永祁，趙廣鵬 ．銀泰中心主塔樓采用液體黏滯阻尼 ６　 器的減振設(shè)計［］ 建筑結(jié)構(gòu)， ０ ９，９：３ －２ Ｊ． ２０ ３ ２ ８． ［ ］ 陳永祁， 曹鐵柱 ． 液體黏滯阻 尼 器 在 盤 古 大 觀 高 層 建 筑 上 的 抗 ７　 震應(yīng)用［］ 鋼結(jié)構(gòu)， ０ ９，４ ８ ：９ －４ Ｊ． ２ ０ ２ （ ）３ ６． ［ ］ Ｂ５ ０ １－２ ０ 建筑抗震設(shè)計規(guī)范［ ］ ８ �。� �。� １ ０ １　 Ｓ． ［ ］ Ｇ �。梗� 高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［ ］ ９ 　Ｊ Ｊ９ ８　 Ｓ． ［０ Ｃ ｅ �。� ｇｉ Ｃ ｏＴｅｈ ，Ｍ �。椋� ｚ ｅｅ　 ． ｔｕｔｒｌＶ － １ ］ ｈ ｎ Ｙ ｎ ｑ ， ａ �。椋� ｕ ａＬａ ｇｈ ， ａ Ｓｒｃｕａ　ｉ ｔｌ ｂａ ｏ �。幔� ｅＣ ｎｒｌ ｎ 　 ｓＥ ｏ ｏ ｉ　 ｎｌｓ �。睿簦澹拢� ｒｔ ｎＰ ｓｉ �。铮簦铩� ｄＩ �。� ｎ ｍｃＡ ａｙｉ ｏ 　ｈ �。澹� ｉ ｖ ａ ｔ ｓ ｌ ｎ ｉ �。椋� ｉｅＢ ｉ ｉｇ ［］ Ｅ ｒｈ ｕ ｋ �。睿椋澹� 　ｎ �。� ｎ ｊ ｇ Ｈｇ －Ｒｓ �。� ｄｎ ｓＪ ． ａｔ ｑ ａ ｅＥ ｇｎｅｉｇａ ｄＥ － ｉｅｒ �。椋颍� ｎ ２ ０ ８ ４ ：６ ｎ ｉ ６ ｇｎｅｉｇ Ｖｂａ ｏ ， ０ ９， （ ）５ １ －５ ８． ［１ Ｔ ｅ ｏ 　 　 ｅ ｙ Ｂ ｓ　 ｓｌｔ ｎ Ｄ ｓ ｎ Ｇ ｉｅ ｎｓ ［ ］ １ ］ ｒｖｒ Ｅ Ｋ ｌ ． ａｅ Ｉｏａ ｏ 　 ｅｉ 　 ｕｄｌ ｅ Ｍ ． ｌ ｉ ｉ ｇ Ｈ ｌ ｅ 　ｏ ｓｌ ｎ �。颍� ，０ １． ｏｍ ｓＣ ｎｕ ｉｇＧ ｏ ｐ ２ ０ ｔ

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· 小知識 ·
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 個詞作為關(guān)鍵詞。關(guān)鍵詞與主題 詞的運用， 主要是為了適應(yīng)計算機檢索需要。 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)濟性能分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。