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某幼儿园结构消能减震设计
宋晓光
（上海原构设计咨询有限公司辽宁分公司，辽宁沈阳110000）
工程科技
摘要：对某幼儿园建筑进行了结构消能减震设计，介绍了结构选型、减震方案、阻尼器选择与布置等结构设计特点，并采用ETABS 软件对结构进行了多通地震作用下的有限元分析，实现了为结构提供2%的附加阻尼比，结果表明消能减震措施提高了结构的抗震性能。
关键词：乙类建筑；消能减囊结构：粘滞阻尼器；附加阻尼比；弹性时程分析
建筑结构采用消能减震设计是一种有效的减轻地震灾害的技术。消能减震结构体系是将结构的一些非承重构件（如支撑、剪力墙、连接件等)设计成消能构件，或在结构的某些部位(层间空间、节点、联结缝等）安装消能装置。在中、强地震时，由于消能部件给结构附加了阻尼，结构的等效阻尼比会增加，随着阻尼比的增大，地震影
响系数曲线下降，结构地震作用下降，
1工程概况
本工程为太原万科某幼儿园项目，乙类建筑，幼儿园主体结构共两层，局部三层，一层层高为4.2m，二、三层层高为3.7m，轴网较不规则，其一层结构平面图见图1，主要柱尺寸为700mmx700mm， Φ700mm(围柱)。本工程抗震设防烈度为8度(0.2g),场地类别为Ⅲ 类，设计地震分组为第一组，场地土特征周期为0.45s，采用框架结构，抗震等级为一级。
2减震方案及阻尼器的选择
本工程首先采用盈建科建筑结构计算模块(>1.6)进行计算，经计算结构在多遇地震下最大层间位移角为1/1060，与规范规定的 1/550尚有较大富余，但本工程为乙类建筑，根据山西省地方规定，乙类建筑必须采用消能减震措施，考虑到结构刚度已经很大，因此本工程拟采用粘滞阻尼器减震方案，只为结构附加阻尼，不为结构提供附加刚度
3盈建科结构模型与ETABS模型对比
为便于进行结构设计，采用粘滞阻尼器后，仍采用振型分解反应谱法进行结构地震作用计算，为此需计算粘滞阻尼器为结构附加的阻尼比，该等效阻尼比可根据《建筑抗震设计规范》"第12.3.4条
按公式(1)估算：
6, =
W/(4元W)
(1)
上式中的W_W,可以通过时程分析得到，本工程采用ETABS 软件进行弹性时程分析.首先应将盈建科模型转化为ETABS模型，对两个模型的质量、周期、基底剪力等计算结果进行对比，确保 ETABS模型与盈建科模型计算结果的一致性，经计算，盈建科模型与ETABS模型结构计算总指标对比见表1。
由表1可知ETABS模型与盈建科模型计算结果较吻合，后续计算采用ETABS软件得到的分析结果可用于盈建科模型进行分析计算。
4粘滞阻尼器的布置
布置粘滞阻尼器的期望结果是为结构提供2%附加阻尼比，其布置原则为：
4.1尽量布置在地震作用下，结构速度较大的部位，最大限度的提高粘滞阻尼器的效率。
4.2粘滞阻尼器应尽量布置在隔墙内，最大限度减小其对建筑效果的影响。
按上述原则在A轴，6-8轴间一层和二层各布置一根粘滞阻尼器在11轴，A-B轴一层.D-G轴二层分别布置一根粘滞阻尼器。
5等效阻尼比计算结果
采用盈建科软件生成的人工波，用ETABS软件对结构进行弹性时程分析。
分别进行两个方向的时程分析，在输出结果的Tatal energy components选项中，damper links选项为阻尼器所消耗的能量对应式(1)的ZW,,inpul选项为地震输入的总能量对应式(1)的W,两个方向的能量计算结果见图2。
故X向附加阻尼比：Eax=36.5/(4#×123.5)=2.35% 作者简介：宋晓光(1982-），男，工程师。
中
图1—层结构平面图
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图2时程分析能量计算结果
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表1盈建科模型与ETABS模型计算总指标对比
总员量(ton) 第—自提周期T1(5) 第二自摄周期T2(S) 第三白据周期T3(s) x 向基低男力 VxloN)
盈建科模型 30B6 03867 E0 03431 4357 3871
ETABS 3018 Q388 Q368 Q339 4660 4010
y R基减力 (KN)
注：差值=ETABS模型与盈建科模型差值绝对值/盈建科模型
表2各模型基底剪力对比
模型1
x向最大基底剪力Vxmax(kN) Y向最大基底剪力ymax(kN)
Y向附加阻尼比：
4405 3900
模型2 4402
3738
差量 1.1% 0.95% 1.55% 1.19% 6.96% 3u%
模型3 5184
4268
s, = 40. 1 /(4π × 122. 4) = 2. 60%
等效阻尼比有效性验算：
现选取3个模型模型1为布置了粘滞阻尼器的ETABS模型，模型2为无粘滞阻尼器的ETABS模型，但将其阻尼比改为0.07(模态阻尼0.05+附加阻尼0.02），模型3为无粘滞阻尼的ETABS模型，阻尼比为0.05，对比三个模型在相回增震波下，沿X方向和Y 方向基底剪力最大值，
从表2可以看出原结构增设黏滞阻尼器后，基底剪力降低约 10%~15%（模型1与模型3对比），而不设置黏滞阻尼器，直接提高结构的阻尼比的计算模型，其计算结果与设置粘滞阻尼器的模型相比极其接近（模型1与模型2对比），故可认为小震情况下，加设粘滞阻尼器后的模型其等效附加阻尼比为2%。
6结论
通过以上分析，可得如下结论：
6.1该幼儿园结构在按本方案增设粘滞阻尼器后，小囊下基底剪力可降低10%~15%。
6.2粘滞阻尼器为结构附加阻尼比为2%，弹性计算时，可直接提高结构的阻尼比到0.07，其计算精度可以满足要求。
参考文献
[1]GB 50011-2010.建筑抗震设计规范[S][2]JG]297-2013.建筑消能减震技术规程[S]