某高层住宅项目消能减震技术研用剖析

[摘要]本项目消能减震技术系采用粘滞阻尼器，大规模应用到百米高层住宅，阐述如何研发，及在技术管理中如何应用，以及相关事宜。

[关键词]消能减震；阻尼器；

中图分类号： C35 文献标识码： A

1项目概况及研发背景

1.1概况：

本项目为中国西部地区首个大规模创新应用粘滞消能阻尼器减震技术的抗震安全型高档高层住宅项目。位于成都二环攀成钢18#地块，建筑面积22万平米，剪力墙结构，地上31层，高约100米,地下2层。本工程按抗震设防烈度7度的要求进行抗震设计，设计基本地震加速度值为0.1g，设计地震分组为第3组,设计特征周期为0.45s，II类场地。

1.2研发背景：

1.2.1背景

提升高档楼盘的结构品质，打造抗震安全型社区；

适应成都高端住宅抗震市场的发展要求，满足高端客户消费心理的潜在需求；

2减震技术简介

2.1原理：

将结构与阻尼器连接，共同参与消能减震工作。在地震力作用下，粘滞流体阻尼器的导杆受力，推动活塞两边的高粘性阻尼介质产生压力差，使阻尼介质通过阻尼孔，产生阻尼力，大量消耗输入结构的地震能量，迅速衰减结构的地震反应。阻尼器见下图：

2.2从工业建筑应用到民用建筑

在西部地区首次实现了减震阻尼器从工业建筑到民用建筑的大规模应用。工业建筑中减震装置呈X、Y、V形斜撑布置，不能满足住宅建筑的使用功能要求。本人在首次技术沟通交流会上，创新性要求将减震装置设置为呈一字形的，后由东南大学和厂家联合研发成功，得到主体设计院认同，并通过建设厅组织的专项审查。

2.3性能技术分析和优点：

2.3.1性能技术分析

2.3.1.1计算软件

采用PKPM的SATWE程序，在减震分析中多遇地震和设防地震下采用ETABS软件,罕遇地震作用下的弹塑性分析采用MSA.MARA软件，选用了数条天然地震波和人工波用于动力弹塑性计算。

2.3.1.2抗震性能目标

本项目采用国际先进抗震性能化设计，根据场地类别、设防烈度、场地条件、结构类型和不规则性，同时考虑建筑使用功能及附属设施功能的要求及投资大小、震后损失和修复难易程度等因素，综合考虑提出了性能化设计目标：

（1）多遇地震下，结构保持完好，一般不需修理即可继续使用；

（2）设防地震下，结构轻微损坏，简单修理后继续使用；

（3）罕遇地震下，结构中等破坏，加固后继续使用。

计算结果及专家论证表明本项目抗震性能目标基本提高一级以上，抗震设计达到中震不屈服，接近弹性；抗震设防烈度提高接近一度、可实现“9度不倒”，建筑整体抗震性能较大幅度提高。

2.3.1.3减震率

地震作用下，基底剪力、基底弯矩及基底扭矩是衡量结构整体抗震能力的重要参量。以A户型为例，小震工况计算表明在X、Y方向基底剪力平均减震率为27.52%，24.44%；在X、Y方向基底弯矩平均减震率为29.58%，25.49%；基底扭矩平均减震率为25.01%；层间位移角平均减震率约50%。罕遇地震作用下，层间位移角平均值减震率约30%，计算表明，加设阻尼器后，减震效果明显，结构的整体抗震性能得到了较大幅度的提升。

2.3.1.4最大位移和扭转效应

地震中过大的位移和扭转效应会导致结构的严重破坏，在计算中一般通过层间位移角和位移比分别反映。时程分析表明，采取消能减震技术后在地震作用（以EL波为例）下层间位移角和位移比均有明显降低，如下图：

2.3.2减震装置优点：

2.3.2.1对非结构构件及设备损害小

强震对非结构构件和设备破坏概率很高损害较大。一是非结构构件倒塌造成伤亡；二是设备破坏后影响使用；三是会发生次生灾害。

采用楼层加速度谱来判别非结构构件在震时地震反应的大小。以A户型典型楼层为例（见下图），在罕遇地震下加速度峰值减小45%以上，意味着非结构构件地震反应将降低近一半。可见，安置阻尼器后，结构的楼层加速度反应谱大幅降低，建筑的附属系统、高档装修及一些贵重设备仪器更好的安全保护，效益显著。

2.3.2.2绿色低碳

该技术通过“柔性耗能”来减少结构地震反应，避免了加大结构断面、增加配筋等“硬抗”的途径来提高结构的抗震能力，减少资源占用量，并可循环发挥减震作用。

2.3.2.3经过雅安4.20地震考验

2013.4.20日雅安芦山发生7.0级约九度大地震，成都距震中约100公里，据报道成都市民有强烈震感,房屋晃动较大。而据在主楼屋面的工长反馈，仅感觉到小晃动(消能减震系统已装完)。在震后数小时对阻尼器进行检查，发现其参与了抗震工作，主体结构和非结构构件无任何损伤。减震系统经历了一次实际大震的波及考验，说明减震设计和施工是成功的,体现了良好的减振抗震效果。减震系统在安装后就经历了地震检验，在我国工程界尚属少见。

3研发过程简介

3.1研发组织：

3.1.1团队组成

由本人独立主持研发相关结构事项，协调东南大学土木工程学院抗震与减震中心和相关厂家组成的联合体，做为减震设备的研发核心，与知名甲级设计院共同组成研发设计团队。

3.2研发过程：

3.2.1专项论证

参与组织专项论证会，由国家级专家参与并论证通过，减震设计方案由省建设厅审查批准通过。

4结构技术控制要点

4.1要点

4.1.1对于阻尼器类型和规格的选择，在概念设计阶段从结构类型、周围环境、设防目标、消能器耗能机理、价格及安装、施工、维修费用等因素综合考虑，主要为：

1）从消能器恢复力考虑

从恢复力特征出发，对舒适度有较高要求的本工程，采用粘滞性消能器能在很小位移下就能发挥良好的耗能能力，耗散外界荷载输入的能量。

根据最大阻尼力、最大行程、工作效率等参数，对于不同的极限状态设计，保证消能器在具有良好的安全富余度、在设计行程范围内避免破坏的前提下，还需要根据结构的位移、受力条件来确定消能器的型号。

2）从周围环境影响的角度考虑

消能器的性能受环境条件的影响较大，为保证在使用周期内消能器的反应特征，设计时考虑了下列因素：①风、温度或其它反复荷载；②腐蚀或磨损；③老化、湿度。

3）消能器和连接构件应具有较好的耐久性和易维护性。

4.1.2在方案设计阶段综合考虑了抗震设防分类、抗震设防烈度、场地条件、使用功能等因素，考虑了检查、维护和替换；体现其在抗震性能和经济性上的优势；

4.1.3确定合适的抗震设防目标；

4.1.4根据确定的抗震设防目标通过优化计算确定了消能器合适的数量和参数，为结构提供了适当的附加阻尼和刚度，保证消能器在地震作用下具有良好的耗能能力。

4.1.5具体布置：

布置的数量和分布通过综合分析进行合理确定及优化，这有利于提高整个结构的消能减振能力，形成合理的受力体系并满足经济性要求。并有相应要求。

4.1.6主要加强措施

1）连接部位

与阻尼器相连的结构构件均已采取相应加强措施；

2）连接节点

消能减振装置与结构构件的连接，符合钢构件连接或钢与混凝土构件连接的构造要求，并能承担消能减振装置施加给连接节点的最大作用力。

消能减振装置与支承构件的连接，满足《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）和有关规程对相关构件连接的构造要求；在消能减振装置施加给主结构最大阻尼力作用下，其与主结构之间的连接部件已控制在弹性范围内工作；与消能部件连接的结构构件设计时，已计入效能减振装置传递的附加内力。

5成本情况

5.1含钢量

本项目结构含钢量不到57Kg/平米（仅地上部份，包括减震系统含钢量）。

6施工控制和维护：

6.1施工控制

6.1.1消能器应具有产品合格证，比照设计文件中消能器的性能参数，由具备资质的第三方对工程中各种规格消能器进行抽样检测，以验证是否吻合。

6.1.2消能器的外观应满足以下要求：

1）消能器外表应光滑，无明显缺陷。

2）部件的尺寸偏差不应超过允许偏差值，对消能部件的制作尺寸及其它加工质量应严格要求。

6.1.3消能部件的安装单位，应对各部件进行全面检查和验收，并应符合施工图设计。

6.1.4消能器进场验收时，应具有产品实验报告，应符合施工图设计和现行行业产品标准《建筑消能阻尼器》JG／T209的要求。

6.1.5消能部件安装接头节点的焊接、螺栓连接，应符合设计要求，并应符合现行行业标准《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81及《钢结构高强度螺栓连接的设计施工及验收规程》JGJ82的有关规定。

6.1.6消能部件安装连接完成后，应符合下列要求：

1）消能器没有形状异常及损害功能的外伤。

2）消能器的粘滞材料、粘弹性材料未泄漏或剥落，未出现涂层脱落和生锈。

6.2维护

6.2.1、相应单位应定时做常规检查，在达到使用年限后应进行抽样检查和更换；地震及其他灾害后都要对消能器和主体结构进行应急检查，看其是否超出极限状态（漏油等），确定是否需要更换。

7总结

中国地震强度大、震源浅，后果重，分布广，多发，防灾能力较弱。抗震性能是震区建筑的重要品质，本项目用先进的减震技术，提高了住宅的抗震性能，为住户在地震中的生命安全提供更高的保障。未来必将是一个同时采用抗震、隔震、减震技术的新时代。