高层建筑粘弹性阻尼器的优化设置

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图 # 两种阻尼器布置方法下建筑物 顶层的加速度响应比较 （ ）方法 % （ ； ）方法 # , 9
# 优化结果
表 % 显示了! 表中列 "层钢框架的分析结果! 出了 ! 种情形下的结果， 没有安装阻尼器， 每层 均匀设置阻尼器， 按’ （分为方法 % 和 ( 算法控制 方法 # ） 表%给出了结构顶层的加速度响应均方 ! ， 最大加速度响应 $* 根值 $) * + , -与位移响应 &! 还给出了结构首层的层间位移 &.， 它往往是结构 变形最严重的值! 有关阻尼器总耗能 ( 和平均耗 的情况也列在了表 % 中! 能(, )
表! ! " 层钢框架优化结果 无阻 尼器 ・ 0# 各层均布 阻尼器 按’ ( 算法设置 阻尼器 方法 % 方法 # 2 3 ! 3 1 ! # 2 ! 1 1 & 4 ! $ ! " ! # $ " ! 4 4 1 ! 4 " $ # 3 $ 2 1 1
（ ）方法%中阻尼器 , 在各层的分布
（ ）方法#中阻尼器 9 在各层的分布
， 未安装阻尼器时其第一振型的圆频率为 4 5 结构的刚度分布如图 # 所示’ 未安装 # ’ % ) # !6 7 ’ 阻尼器时假定结构各振型阻尼比为 " 时程分 ’ " ! ’ 华中理工大 析时， 输入的地震波为 89 : ; < = > 波’ 学土木工程系在 # ( ( ("! " " " 年进行了大量粘弹 性阻尼器的性能试验研究! ’ 在此实验基础上， 本 取粘 方案选用美国 , ? 公司提供的粘弹性材料’
摘要：采用遗传算法 （来确定在被动控制高层建筑中每一层阻尼器合适的安装数量’ 根据阻尼器的耗能 .） 特性及建筑规范对抗震结构的要求来设计评价函数’ 其中选取了建筑物各层在整个反应时程加速度响应的 方均根值、 建筑物顶层位移响应的最大值、 阻尼器的数量、 及阻尼器的耗能情况来分别考虑高层建筑的震动控 制、 位移控制、 经济性和各层阻尼器的工作性能’ 通过理论分析和仿真计算表明， 用这种方法能得到一种在被 动控制高层建筑中阻尼器分布的优化设置方案’ 关 键 词：高层建筑；地震响应；粘弹性阻尼器；优化设置； 遗传算法 文献标识码： . 文章编号： （ ） # " " " $ & * # * ! " " # # # $ " " ) , $ " ,
／ / *+ $) % & 1 ! 1 % 2 ! ! & # 2 1 ! & & * + 0 # ／ ・ $* *+ 1 % $ ! 3 # & 4 & ! 2 & ! % # ! " $ , -/ ／ / * &* $ % ! # 2 & 2 ! 1 " & 3 ! & 3 , ／ &. / * " ! ! ! " ! # & " ! # 1 ) * + ／ &. * % ! # 1 % ! " " % ! " " * , -/ ／ ( 5 6 1 ! # & 1 ! $ ! , ) ／ ( 5 6 1 # & " $ 4 & !
［ ］ ! 数考虑到了不同的设计要求 选取建筑物各层 #
在整个反应时程加速度响应的方均值是为了满足 高层建筑的可居住性， 而选取建筑物顶层在整个 反应时程位移响应的最大值， 是为了满足抗震规 范的要求# 控制阻尼器的总数有助于控制整个工 程的造价# 还考虑了阻尼器的耗能工作表现， 从而
［ ］ , 有助于提高阻尼器的利用率 在程序设计中， #
1 中图分类号： / 0 ( ) ! ’ +
粘弹性阻尼器是一种被动减震控制装置’ 它 主要依靠粘弹性材料的滞回耗能特性， 增加结构 的阻尼， 减小结构的动力反应， 从而达到减震作
［ ］ # 一般情况下， 粘弹性阻尼器被均匀分布在 用 ’
弹性阻尼器的类型为双剪型， 阻尼器十字交叉布
!， 置’ 阻尼材料面积为" 厚度为" ’ # # )2 ’ " # ! %2， ， ， 支撑角度为 + ! "@ ! # & * &? A B " # & % $# !@
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总体的评价函数! 阻尼器被均布在各层的情形下， 建筑物顶层的响应、 阻尼器数量和阻尼器耗能情 况分别形成分析中的目标值! ! " 层钢框架的均布 情形是每层布置# 从表 % 可以看到这 $个阻尼器， 种布置使建筑物的地震响应大约减小了一半! 引 以满足 入组合权值 ! 来与各评价函数分项匹配， 各种不同的设计要求， 评价函数表达式如下：
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但随着层数的增加， 这种设置方式 高层建筑各层’ 开始变得不再有效和经济’ 如果改变阻尼器在各 层的分布数量， 就可能得到更加经济和有效的布 置方式’ 本文用仿真的方法考察了粘弹性阻尼器 在一幢+ 从而得到 "层钢结构大楼内的分布情况， 了在各种限制情况下粘弹性阻尼器的最优设置方 式’
图 # 结构刚度分布
方法 # 引入了阻尼器的能耗控制8 图 # 分别 显示了结构在按方法%设置阻尼器和按方法 # 设 置阻尼器顶层的加速度时程曲线8 可以看出这两 种情形的加速度响应几乎是相同的8 图& （ ）显示 , 了此时阻尼器在各层的分布情况8 可以看出此时 在% "层、 # "层和& "层附近布置了较多的阻尼 器8 图& （ ）显示了通过方法 # 得出的阻尼器分 9 布方案8 它表明与均布情形相比几乎在各层都减 少了阻尼器8
（ ） ： " D C E D F ! E G H ［ ］周 云， 徐赵东， 邓雪松! 粘弹性阻尼结构中阻尼器的 F 优化设置! 世界地震工程， ， （ ） ： " B B G " I E " C ! F H ［ ］ ， ， E : A 6 A -K L 2 M N 0L : A 0 . -# ! P 6 ) % 6P / 3 % 2 % & . ) 7 J O ? @ & % 6 Q 1 ) 6 Q 0 & % 5 0 3 % 17 ) 68 % 9 A 3 . 0 ) &) 7R 0 & 9 S * J< *> 0 & 9 A 3 % 9 = 0 Q 6 . 0 ) & , A 1 % 90 & L 0 $ S 6 0 1 % 4 A 0 / 9 0 & 1 ! * * T ) A 6 & / ) 7 R 0 & 9 @ & 0 & % % 6 0 & & 9 U & 9 A 1 . 6 0 / * * ， ， （ ） ： < % 6 ) 9 & 2 0 3 1" B B GD ID V B E " ! B I F J
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表 % 中方法 % 的结果表明， 与没有安装阻尼 器相比， 每层均匀设置阻尼器和按方法 % 设置阻 万方数据 尼器都使结构顶层的加速度响应减小了 ! !78
第" "期
黄铭枫等：高层建筑粘弹性阻尼器的优化设置
D C
来得到一个经济而有效的阻尼器在高层建筑中的 分布方案!
参 考 文 献
每个评价函数分项通过利用其对应的目标值都被 转化为无量纲值， 从而可以被线性叠加形成一个
收稿日期： ! " " # $ " % $ # & ’ 作者简介：黄铭枫 （ ） ， 男， 硕士研究生； 武汉， 华中科技大学土木工程与力学学院（ ） # ( ) * $ + , " " ) + ’ 粘弹性消能器的试验研究及装有粘弹性消能器结构的动力分析： ［ 硕士学位论文］ 武汉： 华中理工大学 ! 朱莉萍’ ’ 万方数据 土木工程与力学学院， ! " " " ’
! 分析方法
! ’ ! 分析模型 对一个+ 为简便起见， 各 "层钢框架作分析， 层楼板梁视作刚体， 采用层间剪切模型’ 该建筑物
, 层高为 +2， 总高# 每层质量为( * "2， & "3# "
! # " 遗传算法及评价函数 采用适值比率选择和精华模型# 遗传算法的 参数选取如下： 种群数量为! ； 杂交概率为 " ( "C； 杂交方法为单点杂交； 变异概率为 # 评价函 %C#
" #! " " " " $ $ %! & & %! ’ ’ %! ( (， 式中， " " $ 是结构各层加速度响应的适值函数； &
是结构顶层位移响应的适值函数； " ’ 和" ( 分别反 映阻尼器的总数和耗能情况! 这里评价函数 " 值 越小， 说明对应的阻尼器分布方案越好! ! ! " 阻尼器的耗能考虑 采用了两种方法来考虑阻尼器的耗能! 方法 评价函数只考虑结构的地震响应和阻尼器 % 中， 总量的约束! 方法 #在方法 % 评价函数的基础上 这样， 一些耗能效率低下 引入阻尼器耗能项 (! 的阻尼器将被除去! 两种方法评价函数的权重如 下， 对于方法 % ， ， ， ! ! ! ! ! ! ! $ 取为 " & 取为 " ’取 ， ， 为" ； 对于方法 # ， ! ! ! ! & ! & ! # $ 取为 " & 取为 " ’ 取为 " ， ! ! % ! & ! ( 取为 "
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图 & 由遗传算法得出的阻尼器在各层的分布
" 讨论
通过以上分析和算例结果， 可以得出以下几 点结论： 采用了地震响应和阻尼 ! 8在方法 % 中， 器总量来作为评价函数8 在与目标情形均布放置 几乎是一样的地震响应下， 用方法 % 中阻尼器的 总量减少了约% "78 在方法%评价函数的基础上 " 8在方法 # 中， 引入了阻尼器耗能项8 方法 # 中阻尼器的总量比 方法%减少了% 比均布情形减少了# $ 8 $7， $78 通过遗传算法得出的阻尼器布置方案排除了一些 耗能效率低下的阻尼器8 所以， 可以通过不同的评价函数用遗传算法
第! (卷 第 # #期 ! " " #年 # #月
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高层建筑粘弹性阻尼器的优化设置
黄铭枫 唐家祥
（华中科技大学土木工程与力学学院）