楊寶玉（中交二公局第五工程有限公司，陜西 西安 710000）

金屬阻尼器因具有屈服強(qiáng)度低、改善結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度分布等優(yōu)點(diǎn)，在高層建筑工程設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。剪切型金屬阻尼器作為常用的應(yīng)用結(jié)構(gòu)，通過整理剪切型金屬阻尼器應(yīng)用時(shí)需注意的內(nèi)容，對于提升結(jié)構(gòu)抗震性與穩(wěn)固性有著積極作用。

1 剪切型金屬阻尼器技術(shù)分析

從實(shí)際應(yīng)用情況來看，剪切型金屬阻尼器技術(shù)在應(yīng)用中具有以下優(yōu)勢：①剪切型金屬阻尼器的初始剛度相對較高，能夠在出現(xiàn)小震情況時(shí)進(jìn)入屈服狀態(tài)，從而具有了良好的耗能效果，在使用中能夠?yàn)樯喜拷Y(jié)構(gòu)提供一定的應(yīng)用剛度，而且也可以為整個(gè)結(jié)構(gòu)提供相應(yīng)的阻尼比；②此類結(jié)構(gòu)的單體厚度較小，將其放置在隔墻當(dāng)中并不會干擾到建筑結(jié)構(gòu)的整體功能；③剪切型金屬阻尼器在施工時(shí)可以采用后安裝的方法進(jìn)行作業(yè)，并不會對工程整體的施工進(jìn)度產(chǎn)生過多影響。同時(shí)，剪切型金屬阻尼器在使用中也具有以下不足：剪切型金屬阻尼器在使用中會對隔墻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)影響，在使用中會由于墻體與阻尼器間隔過近導(dǎo)致一些裂縫問題，影響到整個(gè)施工結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2 工程項(xiàng)目概述

某高層項(xiàng)目總建筑面積約39萬m2，由兩棟塔樓及裙房組成。其中塔樓A結(jié)構(gòu)高度為179m(41層），塔樓B結(jié)構(gòu)高度為89m(20層）。兩棟塔樓及東部裙房均屬超限高層，尤其是東部裙房，為平面和豎向均特別不規(guī)則的超限高層。本工程建筑抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為7度（0.1g)，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地類別為Ⅳ類。塔樓B為鋼筋混凝土框架－核心筒結(jié)構(gòu)體系，核心筒底部加強(qiáng)區(qū)最大墻厚為550mm，并隨樓層高度的增加而逐步減小為350mm。該結(jié)構(gòu)存在樓層最大位移比大于1.2和兩層樓板有限寬度小于該層典型寬度50%等超限情況，為提升建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震性能，選用剪切型金屬阻尼器進(jìn)行施工，以提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

3 剪切型金屬阻尼器的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 技術(shù)參數(shù)優(yōu)化

參考該項(xiàng)目工程的應(yīng)用特點(diǎn)，在應(yīng)用時(shí)引入剪切型金屬阻尼器進(jìn)行施工，用來制作金屬阻尼器的鋼板力學(xué)參數(shù)如下：①鋼板屈服強(qiáng)度為235MPa，滿足≥225MPa的設(shè)計(jì)要求；②鋼板極限強(qiáng)度為328MPa，滿足≥300MPa的設(shè)計(jì)要求；③鋼板延伸率為44%，滿足≥40%的設(shè)計(jì)要求。在施工過程中，金屬阻尼器會和連接支撐與主體結(jié)構(gòu)連接在一起，因此在金屬阻尼器的設(shè)計(jì)中也需要考慮結(jié)構(gòu)x方向和y方向的技術(shù)參數(shù)，在該項(xiàng)目的施工中所使用金屬阻尼器技術(shù)參數(shù)如下：①x軸方向，金屬阻尼器的屈服力設(shè)計(jì)為400kN，結(jié)構(gòu)初始剛度設(shè)計(jì)為500kN/mm，結(jié)構(gòu)屈服位移為0.90mm，所設(shè)計(jì)外觀尺寸為530mm×450mm×200mm；②y軸方向上的設(shè)計(jì)參數(shù)與x軸方向保持一致。

3.2 小震附加阻尼比

在金屬阻尼器應(yīng)用前也需要做好小震附加阻尼比計(jì)算，根據(jù)該參數(shù)的計(jì)算結(jié)果可以確定需要消除的結(jié)構(gòu)阻尼比，防止結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中情況的發(fā)生。在具體的計(jì)算中，會使用到以下計(jì)算公式：

式中k0-表示所設(shè)置消能結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的有效阻尼比，計(jì)量單位為%；

si-表示第i個(gè)消能部件對應(yīng)的滯回曲線面積，計(jì)量單位為mm；

wi-表示消能部件結(jié)構(gòu)在預(yù)期位移下的總應(yīng)變能，計(jì)量單位為kN·mm。

在對結(jié)構(gòu)耗能面積進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)時(shí)，一般會利用平行四邊形法則進(jìn)行求解，同時(shí)將其他參數(shù)代入到公式中，以得到所需要的求解結(jié)果。結(jié)合該工程的基礎(chǔ)特征，所計(jì)算的附加阻尼比結(jié)果如下：①x方向上，所設(shè)計(jì)金屬阻尼器的耗能為513451.3kN·mm，結(jié)構(gòu)的應(yīng)變能為146321.1kN·mm，附加阻尼比為2.26%；②y方向上，所設(shè)計(jì)金屬阻尼器的耗能為520151.1kN·mm，結(jié)構(gòu)的應(yīng)變能為153121.6kN·mm，附加阻尼比為2.33%，以滿足模型應(yīng)用后的穩(wěn)固性要求。

3.3 分析靜力彈塑性分析

3.3.1 能力－需求曲線

在對能力－需求曲線進(jìn)行分析時(shí)，會建立相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中對x與y軸上的地震作用進(jìn)行整理，以此來判斷所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在具體分析中，會使用SAP2000軟件參與到分析活動中，分析方法為Pushover法，根據(jù)得到的反饋信息和預(yù)設(shè)好的塑性鉸參數(shù)開展非線性分析，從而提高分析結(jié)果的合理性與可靠性。代入數(shù)據(jù)得到相應(yīng)的Pushover曲線后，會使用等價(jià)處理轉(zhuǎn)換的方法獲取譜加速度－譜位移關(guān)系曲線，所得到的應(yīng)用數(shù)據(jù)也會在同坐標(biāo)系當(dāng)中進(jìn)行分析，此時(shí)便得到了地震作用下所產(chǎn)生的能力－需求譜曲線，根據(jù)所繪制的曲線可以發(fā)現(xiàn)，剪切型金屬阻尼器在x軸與y軸方向上均具有良好的抗震性能，可在大地震作用下保持結(jié)構(gòu)不倒塌，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

3.3.2 塑性鉸分布

在塑性鉸分布分析中，也會使用SAP2000軟件參與到分析活動中，分析方法為Pushover法，以此得到建筑工程塑性鉸分布的相關(guān)曲線。根據(jù)得到的相應(yīng)曲線可以得知，在結(jié)構(gòu)進(jìn)入到第四步時(shí)，此時(shí)建筑核心筒內(nèi)部連梁部位開始出現(xiàn)塑性鉸，在結(jié)構(gòu)進(jìn)入到第二十步時(shí)，此時(shí)產(chǎn)生的塑性鉸會集中在局部連梁結(jié)構(gòu)和核心筒墻體底部，但是建筑結(jié)構(gòu)的外框并沒有出現(xiàn)塑性鉸，由此可見，此設(shè)計(jì)中的外框結(jié)構(gòu)還具備較為富余的抗震性能，這樣的結(jié)構(gòu)也具備了良好的抗震性能，擁有良好的應(yīng)用價(jià)值。

3.4 大震動力彈塑性分析

3.4.1 基底剪力

在基底剪力分析中，會在SAP2000軟件中預(yù)設(shè)對比實(shí)驗(yàn)，一組為不添加阻尼器的建筑結(jié)構(gòu)，一組為添加阻尼器的建筑結(jié)構(gòu)，利用軟件釋放梯度地震波，根據(jù)反饋數(shù)據(jù)整理結(jié)構(gòu)最大基底剪力數(shù)值。根據(jù)所整理的相應(yīng)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，未添加阻尼器的建筑結(jié)構(gòu)，其基底剪力的最大數(shù)值為53612.56kN，而添加阻尼器的建筑結(jié)構(gòu)，其基底剪力的最大數(shù)值為48963.43kN。根據(jù)此數(shù)據(jù)可以得知，剪切型金屬阻尼器的使用，能夠在一定程度上削減建筑結(jié)構(gòu)的基底剪力，這樣也使結(jié)構(gòu)具有了較強(qiáng)的穩(wěn)定性，以滿足既定的抗震設(shè)計(jì)要求[1]。

3.4.2 頂點(diǎn)加速度

在頂點(diǎn)加速度分析中，也會在SAP2000軟件中預(yù)設(shè)對比實(shí)驗(yàn)，一組為不添加阻尼器的建筑結(jié)構(gòu)，一組為添加阻尼器的建筑結(jié)構(gòu)，利用軟件釋放梯度地震波，查看不同情況下建筑結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)加速度的波動情況根據(jù)所整理的相應(yīng)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，未添加阻尼器的建筑結(jié)構(gòu)，其頂點(diǎn)加速度的最大數(shù)值為3.356m/s2，而添加阻尼器的建筑結(jié)構(gòu)，其頂點(diǎn)加速度的最大數(shù)值為2.536m/s2。根據(jù)此數(shù)據(jù)可以得知，剪切型金屬阻尼器的使用，能夠減少地震作用下建筑結(jié)構(gòu)的搖擺幅度，這樣在應(yīng)用中也具備了更強(qiáng)的穩(wěn)定性，以提升整個(gè)結(jié)構(gòu)運(yùn)行過程的穩(wěn)定性[2]。

3.5 破壞形態(tài)

在破壞形態(tài)分析中，預(yù)設(shè)不同荷載作用下阻尼器試件的破壞實(shí)驗(yàn)。在具體實(shí)驗(yàn)活動中會在耗能片表面雕刻0.1mm深度的網(wǎng)格線，以便于相干分析活動的順利進(jìn)行。對于沒有進(jìn)行優(yōu)化處理的金屬阻尼器結(jié)構(gòu)，其破壞形態(tài)的外在表現(xiàn)耗能片的夾持部位會出現(xiàn)撕裂的情況，并且也具備了非常明顯的螺栓滑移痕跡，而且構(gòu)件當(dāng)中也會出現(xiàn)局部扭曲問題。對于完成優(yōu)化處理的阻尼器結(jié)構(gòu)，其主要集中在試件的中部，表現(xiàn)為剪切交叉裂縫，主要原因是限位孔作用下出現(xiàn)了應(yīng)力比較集中的情況，因此結(jié)合該項(xiàng)目的基本特點(diǎn)，在具體設(shè)計(jì)活動中也會選擇取消該位置限位孔，采用其他的限位方法來提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，以此來提高整個(gè)結(jié)構(gòu)應(yīng)用過程的穩(wěn)定性[3]。

3.6 荷載-位移曲線

除上述提到的分析內(nèi)容外，在實(shí)際應(yīng)用中也需要進(jìn)行荷載-位移曲線的擬定。在荷載-位移曲線分析活動中，也會在SAP2000軟件中預(yù)設(shè)不添加阻尼器和添加阻尼器的對比實(shí)驗(yàn)，利用軟件釋放梯度地震波，查看不同荷載情況下建筑結(jié)構(gòu)位移的波動情況。根據(jù)所整理的相應(yīng)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，未添加阻尼器的建筑結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)處的水平位移數(shù)值為0.312m，而添加阻尼器的建筑結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)處的水平位移數(shù)值為0.219m。根據(jù)此數(shù)據(jù)可以得知，剪切型金屬阻尼器的使用，可以減少結(jié)構(gòu)在荷載作用下的位移數(shù)值，在不同荷載作用下剪切型金屬阻尼器具備了良好的穩(wěn)固性，擁有良好的使用價(jià)值[4]。

4 剪切型金屬阻尼器應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)

4.1 優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)方案

優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，可以更好地發(fā)揮出剪切型金屬阻尼器應(yīng)用價(jià)值，提升整體應(yīng)用結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。在高層建筑施工過程中，為了提高整體結(jié)構(gòu)的抗震性，需要在軟件中預(yù)布設(shè)位置，過程中也需要做好位移曲線、基底剪力、應(yīng)用強(qiáng)度等參數(shù)的分析工作，采取量化分析的方式確定結(jié)構(gòu)中不穩(wěn)定、應(yīng)力集中的位置，及時(shí)采取措施對其進(jìn)行處理，以此提高所設(shè)計(jì)方案的合理性[5]。另外，在設(shè)計(jì)方案執(zhí)行過程中，也需要做好相應(yīng)反饋參數(shù)的整合工作，并且根據(jù)得到的反饋結(jié)果及時(shí)變更施工方案內(nèi)容，在論證變更后的可行性與可操作性后再進(jìn)行使用，以此提高剪切型金屬阻尼器應(yīng)用效果。

4.2 加強(qiáng)仿真實(shí)驗(yàn)分析

加強(qiáng)仿真實(shí)驗(yàn)分析，能夠不斷優(yōu)化剪切型金屬阻尼器應(yīng)用時(shí)的相關(guān)參數(shù)，提高仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果的合理性。從目前的應(yīng)用情況來看，在仿真實(shí)驗(yàn)中，SAP2000軟件具有了良好的應(yīng)用價(jià)值，在此軟件的應(yīng)用基礎(chǔ)上，也可以通過引入智能技術(shù)、迭代算法等，對仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，從而得到更加準(zhǔn)確與可靠的分析數(shù)據(jù)[6]。并且在仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中，也需要做好相應(yīng)反饋數(shù)據(jù)的整理工作，從中篩選出有價(jià)值的分析數(shù)據(jù)，不斷補(bǔ)充到仿真實(shí)驗(yàn)體系當(dāng)中，這樣也可以提升仿真結(jié)果的合理性，滿足相應(yīng)的使用要求。

4.3 做好施工過程監(jiān)督

做好施工過程監(jiān)督，可以減少施工問題的發(fā)生概率，提高工程施工結(jié)果的可靠性。高層建筑中所使用的剪切型金屬阻尼器尺寸和位置會根據(jù)建筑高度、當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)條件進(jìn)行確定，同時(shí)在具體施工過程中也會結(jié)合現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整，以此提高整個(gè)施工過程的合理性，減少不確定因素帶來的負(fù)面影響[7]。在工程具體施工中，需要對各節(jié)點(diǎn)施工參數(shù)進(jìn)行整理，包括施工高度、整體荷載、節(jié)點(diǎn)連接情況等，在仿真軟件輔助下做好施工論證，及時(shí)修改不適合的內(nèi)容，并提示施工人員按照更改后的方案來執(zhí)行，以此提高施工結(jié)果的可靠性。

5 結(jié)語

綜上所述，優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，可以更好地發(fā)揮出剪切型金屬阻尼器應(yīng)用價(jià)值，加強(qiáng)仿真實(shí)驗(yàn)分析，能夠不斷優(yōu)化剪切型金屬阻尼器應(yīng)用時(shí)的相關(guān)參數(shù)，做好施工過程監(jiān)督，可以減少施工問題的發(fā)生概率。通過采取恰當(dāng)措施,優(yōu)化剪切型金屬阻尼器應(yīng)用過程，對于提升剪切型金屬阻尼器應(yīng)用效果，提高高層建筑抗震性能與穩(wěn)定性有著積極的促進(jìn)意義。