12.3 房屋消能减震设计要点

12.3.1 本规范对消能减震的基本要求是:通过消能器的设置来控制预期的结构变形,从而使主体结构构件在罕遇地震下不发生严重破坏。消能减震设计需解决的主要问题是:消能器和消能部件的选型,消能部件在结构中的分布和数量,消能器附加给结构的阻尼比估算,消能减震体系在罕遇地震下的位移计算,以及消能部件与主体结构的连接构造和其附加的作用等等。
    罕遇地震下预期结构位移的控制值,取决于使用要求,本规范第5.5节的限值是针对非消能减震结构“大震不倒”的规定。采用消能减震技术后,结构位移的控制可明显小于第5.5节的规定。
    消能器的类型甚多,按ATC-33.03的划分,主要分为位移相关型、速度相关型和其他类型。金属屈服型和摩擦型属于位移相关型,当位移达到预定的启动限才能发挥消能作用,有些摩擦型消能器的性能有时不够稳定。黏滞型和黏弹性型属于速度相关型。消能器的性能主要用恢复力模型表示,应通过试验确定,并需根据结构预期位移控制等因素合理选用。位移要求愈严,附加阻尼愈大,消能部件的要求愈高。

12.3.2 消能部件的布置需经分析确定。设置在结构的两个主轴方向,可使两方向均有附加阻尼和刚度;设置于结构变形较大的部位,可更好发挥消耗地震能量的作用。
    本次修订,将2001规范规定框架结构的层间弹塑性位移角不应大于1/80改为符合预期的变形控制要求,宜比不设置消能器的结构适当减小,设计上较为合理,仍体现消能减震提高结构抗震能力的优势。

12.3.3 消能减震设计计算的基本内容是:预估结构的位移,并与未采用消能减震结构的位移相比,求出所需的附加阻尼,选择消能部件的数量、布置和所能提供的阻尼大小,设计相应的消能部件,然后对消能减震体系进行整体分析,确认其是否满足位移控制要求。
    消能减震结构的计算方法,与消能部件的类型、数量、布置及所提供的阻尼大小有关。理论上,大阻尼比的阻尼矩阵不满足振型分解的正交性条件,需直接采用恢复力模型进行非线性静力分析或非线性时程分析计算。从实用的角度,ATC-33建议适当简化;特别是主体结构基本控制在弹性工作范围内时,可采用线性计算方法估计。

12.3.4 采用底部剪力法或振型分解反应谱法计算消能减震结构时,需要通过强行解耦,然后计算消能减震结构的自振周期、振型和阻尼比。此时,消能部件附加给结构的阻尼,参照ATC-33,用消能部件本身在地震下变形所吸收的能量与设置消能器后结构总地震变形能的比值来表征。
    消能减震结构的总刚度取为结构刚度和消能部件刚度之和,消能减震结构的阻尼比按下列公式近似估算:

    国内外的一些研究表明,当消能部件较均匀分布且阻尼比不大于0.20时,强行解耦与精确解的误差,大多数可控制在5%以内。

12.3.5 本次修订,增加了对黏弹性材料总厚度以及极限位移、极限速度的规定。

12.3.6 本次修订,根据实际工程经验,细化了2001版的检测要求,试验的循环次数,由60圈改为30圈。性能的衰减程度,由10%降低为15%。

12.3.7 本次修订,进一步明确消能器与主结构连接部件应在弹性范围内工作。

12.3.8 本条是新增的。当消能减震的地震影响系数不到非消能减震的50%时,可降低一度。