中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063
摘要：由于带消能伸臂结构的工作原理与带普通伸臂结构不完全相同，因此有必要研究带消能伸臂的框—筒结构中消能伸臂对高层结构抗震性能的影响，本文将某实际工程作为算例模型，分析消能伸臂布置数量和位置对框—筒结构抗震性能的影响，以期能够为类似的结构提供一些参考和建议。
关键词：框-筒结构；消能伸臂；消能伸臂数量；消能伸臂位置
本文以带竖向斜支撑型消能伸臂结构体系为基础。分析消能伸臂布置数量和位置对框—筒结构抗震性能的影响时，应假定黏滞阻尼器的速度指数相同并统一各个不同方案模型中阻尼器的总阻尼系数的大小，避免由于结构的附加阻尼比不同对结构抗震性能产生影响。另外，本章进行分析计算时均假定结构处于弹性状态，主要以结构X方向楼层总位移、层间位移角、基底剪力为研究对象来衡量结构抗震性能的优劣。
1 工程概况
本文选取广州某高层办公楼工程作为算例模型，该工程屋面标高为195.9 m，属于B级高度高层建筑，其中底层层高为5.4m，2～5层为4.5 m，标准层层高为4.2 m，地上部分合计46层。本文针对该工程进行建模计算分析。
.png)
图1 某高层办公楼结构模型
2 消能伸臂布置位置和数量的影响
2.1 单道消能伸臂布置位置的影响
为了研究单道消能伸臂的在结构中布置位置对抗震性能的影响，可以将消能伸臂布置在结构不同高度楼层，共设计了10 种布置方案，即将消能伸臂分别布置在结构第5、10、15、20、25、27、30、35、40 和46 层上，每个黏滞阻尼器的阻尼系数选用为C=800kN/（mm/s）α，其中速度指数选用为α=0.3。分别对各个模型在Coalinga地震波、Northridge 波以及一条人工波作用下的结构顶层位移、层间位移角、基底剪力进行对比分析。
2.2 两道消能伸臂布置位置的影响
根据单道伸臂布置位置的结果可知，消能伸臂设置在10 层以下时对改善结构抗震性能效果较差，而相邻两道消能伸臂之间需要一定高度的楼层间隔，故可设定相邻两道消能伸臂间隔10个楼层高度，并从第15层开始布置第一道消能伸臂，并假定各相邻方案间第一道消能伸臂的竖向间隔楼层数量5层，得到以下布置方案具体见下表。其中黏滞阻尼器的阻尼系数选用为C=400kN/（mm/s）ɑ，速度指数选用α=0.3。分别对各个模型在Coalinga地震波、Northridge 波以及一条人工波作用下的结构顶层位移、层间位移角、基底剪力进行对比分析。
.png)
2.3三道、四道消能伸臂布置位置的影响
当布置三、四道消能伸臂时，为保持阻尼器总阻尼系数一致，阻尼器参数选用C=270kN/（mm/s）α，阻尼指数选用α=0.3。布置方法同两道消能伸臂类似。由于该工程高度不是很高，故在设置四道消能伸臂时仅研究一种布置方案即在第15、25、35 和46 层设置消能伸臂。对比分析各个方案在地震作用下的抗震性能。
2.4 消能伸臂数量的影响
根据前面三小节结果可知布置不同数量消能伸臂时结构最大顶层位移、层间位移角以及基底剪力各不相同，所以有必要比较消能伸臂数量对结构抗震性能的影响。
3 结论
本章主要研究了消能伸臂布置位置和数量对结构抗震性能的影响，得到以下结论：
1、综合考虑布置单道消能伸臂时伸臂不同布置位置对结构、顶层位移、层间位移角、最大层间位移角以及基底剪力的控制效果，可知布置单道消能伸臂的合理位置为第27层即0.593倍房屋高度处，与相关规范规定的单道普通伸臂设置在0.6倍房屋高度的最优位置相一致；
2、综合考虑布置多道消能伸臂时伸臂不同布置位置对结构顶层位移、各楼层层间位移角、最大层间位移角以及基底剪力的控制效果，布置两道消能伸臂时的相对最优布置位置为第20层（0.443H）、第30层（0.657H）；布置三道消能伸臂时相对最优布置位置为第20层（0.443H）、30层（0.657H）、40层（0.871H），而相关规范中建议多道普通伸臂宜从结构顶层向下均匀布置，因此布置多道消能伸臂时与相关规范中的要求有所不同；
3、与布置一道消能伸臂相比，布置两道消能伸臂时结构顶层位移、最大层间位移角减小较多；与布置两道消能伸臂相比，布置三道消能伸臂时结构顶层位移、最大层间位移角减小较少，原结构高度一般，布置两道消能伸臂时即能取得较好的效果；消能伸臂的布置数量越多，基底剪力会增大，但增大幅度较小。当消能伸臂数量一定时，消能伸臂布置位置的不同会导致包括结构顶层位移、层间位移角以及基底剪力等在内的地震响应有不同程度的波动幅度，但当消能伸臂数量增多时这种波动幅度会有所降低，因此在设计中可以考虑房屋高度，结合设备层以及避难层布置适当数量的消能伸臂。
参考文献：
[1]O'Neill，Jeremiah Charles. Application of damping in high-rise buildings[D]. Massachusetts Institute of Technology，Boston，USA. 2006
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部. JGJ 3-2010，建筑抗震设计规范. 北京：中国建筑工业出版社，2010周云.
[3]林绍明. 带耗能消能伸臂高层结构体系分析与设计方法研究[D]. 广州大学，2014.
[4]李宏描，周颖，LIHongmiao，等. 黏滞阻尼器伸臂桁架布置对超高层结构减震性能影响研究[J]. 结构工程师，2015，31（3）：63-68.