【01 黏滯阻尼器減震設計篇】建筑消能減震技術規程 JGJ 297-2013應該注意的那些點
黏滯阻尼器的基本構造是什么,是用來干嘛的呢?黏滯阻尼器的關鍵控制參數有哪些呢?為啥工程上這么喜歡采用黏滯阻尼器呢?采用黏滯阻尼器的消能減震結構有哪些設計重點需要考慮呢?下面將為您逐一解答,希望對您有所幫助。
Q1什么是黏滯阻尼器?
黏滯阻尼器是由缸體、活塞、黏滯材料(常采用二甲基硅油)等部分組成,利用黏滯材料運動時產生黏滯阻尼耗散能量的減震裝置,常根據構造分為孔隙式阻尼器、間隙式阻尼器和組合式阻尼器。
Q2黏滯阻尼器的關鍵參數有哪些?
根據JG/T 209-2012,指出黏滯阻尼器的命名規則如下:
那么極限阻尼力、最大阻尼力、設計阻尼力、最大輸出阻尼力、設計位移、極限位移、設計容許位移等之間有什么關系呢?
其實我們只需要關注大震下通過結構整體彈塑性分析確定所有阻尼器的最大出力作為設計阻尼力和設計位移(設計容許位移,此處未統一),為保證阻尼器有一定安全儲備,根據規范常取1.2倍或1.5倍設計阻尼力、設計位移分別作為極限阻尼力(也即最大輸出阻尼力、最大阻尼力)和極限位移,目前各種規范針對該部分還有一定分歧,目前正在編制的阻尼器相關規范應該會統一描述。
Q3什么情況會采用黏滯阻尼器?
當結構無需賦予更多附加剛度,而需賦予一定附加阻尼時以減小構件截面和配筋時,可優選黏滯阻尼器作為消能減震產品。合格的黏滯阻尼器出色的耗能效果在工程上被廣為應用。
Q4黏滯阻尼器一般有哪幾種布置形式?
黏滯阻尼器常采用墻式和支撐式兩種,針對填充墻位置較多的建筑優選墻式。
Q5黏滯阻尼器布置規則是什么?
- 黏滯阻尼器宜根據需要布置在主軸方向,宜設置在層間相對速度較大的位置;【3.1.4,6.2.1】
- 黏滯阻尼器的布置不宜使結構出現薄弱構件或薄弱層【6.2.1-4】,目的是為了不在某一層布置過多(位移型阻尼器該方面需更為注意)或過少阻尼器導致不同地震烈度下薄弱層的出現。條文【6.2.3-4】消能減震結構布置消能部件的樓層中,消能器的最大阻尼力在水平方向上分量之和不宜大于樓層層間屈服剪力的60%,一般也是指大震分析工況,目的也是為了不在某一層布置過多阻尼器;
- 樓層的消能部件的最大阻尼力與主體結構的層間剪力與層間位移的乘積之比的比值宜接近【6.2.2-2】;
- 按照現行國家標準《建筑抗震設計規范》GB50011的要求,當消能減震結構總阻尼比超過30%時,應取30%;
- 黏滯阻尼器布置數量不宜過少,目前地標對黏滯阻尼的最小附加阻尼比等給出了相關規定。
Q6用于建筑的黏滯阻尼器有什么要求?
- 黏滯阻尼器的極限位移應大于設計位移的120%,極限速度應大于消能器設計速度的120%。【3.2.1】設計位移應通過結構在罕遇地震下的整體彈塑性分析確定【3.3.7】;
- 承受豎向荷載作用的消能器應按主體結構要求進行防火處理【3.6.1】,注:黏滯阻尼器一般不承受豎向荷載;
- 黏滯阻尼器的設計使用年限不宜小于建筑物的設計使用年限【5.1.1】;
- 黏滯消能器由消能黏滯材料和非消能的缸體、活塞、密封圈等組成。黏滯阻尼器中非消能構件的材料應根據1.5倍極限阻尼力作為設計荷載進行強度要求等驗算【5.1.4】。
Q7黏滯阻尼器預埋件及連接件有什么要求?
- 在消能器極限速度對應的阻尼力作用下,與消能器連接的支撐、墻、支墩、預埋件、節點板均應處于彈性狀態,【3.4.3、7.1.6】即需要根據罕遇地震下結構彈塑性分析下黏滯阻尼器的最大阻尼力的1.2倍來進行驗算;
- 鋼筋混凝土構件作為黏滯阻尼器的支撐構件時,如墻式黏滯阻尼器,混凝土強度不應低于C30【3.5.2】;
- 黏滯阻尼器與主體結構的連接一般分為支撐型和墻型等,當采用支撐型連接時,不宜采用“K”字型布置,支撐宜采用雙軸對稱截面;
- 速度線性相關型消能器與斜撐、墻體(支墩)或梁等支承構件組成消能部件時,支承構件沿消能器消能方向的剛度應符合下式規定:
針對非線性黏滯阻尼器,可采用黏滯阻尼器等效線性化進行驗算。
Q8消能減震結構減震分析應注意哪些關鍵問題?
- 計算分析應考慮黏滯阻尼器安裝次序的影響【3.5.3】;
- 考慮主軸方向和斜交方向大于15°的抗側力構件方向的水平地震作用,根據結構特點考慮雙向地震作用和豎向地震作用【4.1.1】;
- 選波要求參見【劃重點與簡析】建筑隔震設計標準(GB/T 51408-2021);
- 黏滯阻尼器的恢復力模型可采用麥克斯韋模型;
- 抗震驗算時,結構第i層的水平地震作用標準值的樓層剪力與第i層及以上的重力荷載代表值之比應大于樓層最小地震剪力系數【4.2.3】,即
- 8度和9度時建造于III、IV類場地,采用箱基、剛性較好的筏基和樁箱、樁筏聯合基礎的鋼筋混凝土高層消能減震結構,當結構基本自振周期處于特征周期的1.2倍~5倍范圍時,若計入地基與結構動力相互作用的影響,對剛性地基假定計算的水平地震剪力可根據高寬比進行折減,其層間變形可按折減后的樓層剪力計算【4.2.5】;
- 豎向地震作用應根據是否歸屬于9度高層消能減震結構、平板型網架屋蓋和跨度大于24m屋架、長懸臂和其他大跨度消能減震結構進行考慮【4.3】。
Q9消能子結構應該如何設計?
- 結構構件截面抗震驗算,應按現行國家標準《建筑抗震設計規范》GB50011執行;當進行罕遇地震作用下的抗震驗算時,結構構件承載力抗震調整系數均應采用1.0。懸臂墻驗算和消能子結構驗算時應當關注;
- 為保證黏滯阻尼器能有效發揮效用,消能子結構不宜設置過剛也不宜設置過柔,目前常采用性能化設計,以損傷來校核消能子結構設計是否滿足要求。
Q10黏滯阻尼器第三方檢測比例是多少?
對黏滯消能器,抽檢數量不少于同一工程同一類型同一規格數量的20%,且不應少于2個,檢測合格率為100%,該批次產品可用于主體結構。檢測合格后,消能器若無任何損傷、力學性能仍滿足正常使用要求時,可用于主體結構【5.6.1】。
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