阻尼器在框架结构中的优化布置策略
第３５卷第４期 ２Ｏｌ３年８月 土木建筑与环境工程 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ．Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖ０１．３５ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１３
ｄｏｉ：１０．１１８３５／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—４７６４．２０１３．０４．００４
阻尼器在框架结构中的优化布置策略
陈 敏 ，贺国京 ，刘 畅 ，邹银生
（１．中南林业科技大学土木工程与力学学院，长沙４１０００４；２．悉地国际设计顾问（深圳）有限公司，广东深圳５１８０４８； ３．湖南大学土木工程学院，长沙４１００８２）
摘 要：基于基础隔震体系的动力特性提出将阻尼器安装在框架结构底部楼层的优化布置策略。
首先通过计算场地特征频率∞与减震结构底部隔震层固有频率ｃＵ 的比值初步确定结构底部安装
阻尼器的楼层数；随后针对减震结构层间位移容许值，通过几次简单的试算即可最终确定所需的阻
尼器数量及其安装位置。采用Ｅｔａｂｓ和Ｐｅｒｆｏｒｍ一３Ｄ两种分析软件，选取２条实际强震纪录和１条
人工模拟的加速度时程曲线对一栋１Ｏ层的减震结构进行了弹性和弹塑性时程分析，表明在底部楼
层安装阻尼器的减震结构具备与基础隔震体系类似的动力特性。
关键词：阻尼器；基础隔震；层间位移；优化布置；时程分析
中图分类号：ＴＵ３７５．４；ＴＵ３５２．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４—４７６４（２０１３）０４—００２０—０７
Ａｎ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ Ｄａｍｐｅｒｓ ｉｎ Ｆｒａｍｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
Ｃｈｅｎ Ｍｉｎ ，Ｈｅ Ｇｕｏｊｉｎｇ ，Ｌｉｕ Ｃｈａｎｇ ，Ｚｏｕ Ｙｉｎｓｈｅｎｇ。，
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。 Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０００４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；２．ＣＣＤＩ Ｇｒｏｕｐ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５１８０４８，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ； ３．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉ１ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８２，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｄａｍｐｅｒｓ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ ｓｔｏｒｉｅｓ
ｏｆ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｂａｓｅ—ｉｓｏｌａｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ
ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｓｔｏｒｉｅｓ ｗａｓ ｄｅｆｉｎｅｄ ｂｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｓｉｔｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ０９ ａｎｄ ｂｏｔｔｏｍ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ
ｓｔｏｒｉｅｓ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｎ，ｗｉｔｈ ｒｅｇａｒｄ ｔｏ ｓｔｏｒｅｙ ｄｒｉｆｔ ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ
ｖａｌｕｅ，ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔｙ ａｎｄ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｄａｍｐｅｒｓ ｗｅｒｅ ｄｅｆｉｎｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｅｖｅｒａｌ ｓｉｍｐｌｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ．２
ｓｅｔｓ ｏｆ ａｃｔｕａｌ ｓｔｒｏｎｇ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｒｅｃｏｒｄｓ ａｎｄ １ ｓｅｔ ｏｆ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ—ｈｉｓｔｏｒｙ ｃｕｒｖｅ ｆｏｒ ａ １０ ｓｔｏｒｉｅｓ
ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｔｏ ｃｏｎｄｕｃｔ ｔｈｅ ｔｉｍｅ—ｈｉｓｔｏｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｕｎｄｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ ａｎｄ ｒａｒｅｌｙ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ
ｂｙ ＥＴＡＢＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍ一３Ｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ
ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｄａｍｐｅｒｓ ａｒｅ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ｉｎ １ｏｗｅｒ ｓｔｏｒｉｅｓ ａｒｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｂａｓｅ—ｉｓｏｌａｔｅｄ
ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄａｍｐｅｒ；ｂａｓｅ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ｓｔｏｒｅｙ ｄｒｉｆｔ；ｏｐｔｉｍａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｔｉｍｅ—ｈｉｓｔｏｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ
消能减震技术在现代建筑中越来越得到重
视 ，其常规设计方法是将阻尼器安装在允许的位 置，采用结构分析软件进行动力时程分析或静力非
线性分析，验算其是否满足规范要求。此方法在两
收稿日期：２０１２—１１一Ｏ５ 基金项目：国家自然科学基金（５１１７８４７３） 作者简介：陈敏（１９７５一），男，博士，主要从事结构抗震减震研究，（Ｅ—ｍａｉｌ）ｃｈｅｎｍｉｎ２０２８＠１６３．
ＣＯｍ ｏ 第３期 陈敏，等：阻尼器在框架结构中的优化布置策略
个方面存在不足：１）阻尼器安装位置并不理想，不能
很好的发挥其减震效果，且确定所需阻尼器数量的
计算量较大；２）对建筑空间的利用存在较大影响。 针对以上问题，学者们进行了大量研究，提出了相应
的对策。 Ｋｉｍ等 。。 在２００３年和２００６年采用能力谱方
法分别针对粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器减震结构， 提出了确定所需附加阻尼比的方法。周云等＿４ 也做
了类似的研究，基于顶点位移可以直接确定所需附
加阻尼比的大小，避免了反复试算。但仍假定阻尼 器在结构各层中均匀分布，或无控结构层间位移大
小、各层基本振型位移大小按比例分布；且该方法受
到ｐｕｓｈｏｖｅｒ方法适应范围的限制，而人们认为采用
层间位移评价结构的抗震性能更为可靠。针对阻尼 器优化布置问题学者们更是进行了大量的研
究 ¨］，但由于优化理论较为复杂而难以推广。目 前设计者主要还是依据规范来指导消能减震结构设 计，规范认为阻尼器安装在层间位移较大的楼层耗
能效果较好Ｅｌｚ－１３］，但结构安装阻尼器以后，结构的薄
弱层可能改变。 本文基于基础隔震理论提出了一种阻尼器在框
架结构中的优化布置策略，只需选择较少的阻尼器，
安装在结构底部２层，或者３层即可取得满意的减
震效果。
１基础隔震体系动力特性
基础隔震结构通常假定为多质点平动体系模
型…］，如图１所示。图中，‰为结构底板的质量；
ｍ１，ｍ２，…，ｍ 一，ｍ 为结构第１，２，…，ｉ…， 层的 质量；愚 ，志 ，…，志 “，志 为结构第１，２，…，ｉ，…，ｎ
层间水平刚度；Ｋ 、Ｃ 分别为隔震装置水平刚度和
阻尼； 、 、 分别为地面位移、结构底层与基础 面之间的水平相对位移、上部结构第ｉ层对结构底
层的水平相对位移反应。地震作用下，隔震体系运
动方程为：
Ｉ Ｔ／ｌｂ（ｚｇ＋３／：ｂ）＋∑ｍ （ｚｇ＋Ｘｂ＋ｚ ）＋ Ｊ ． ｃｂ ＋Ｋｂ“一０ （１） ｌ［ｍ］｛星 ｝＋Ｅｃ３｛ｚ。｝＋［Ｋ］｛ｚ ｝一 ｌ 一（； ＋星 ）［ｍ］
求解运动方程组（１）可得出隔震结构加速度反
应衰减比Ｒ ＝＝＝芏 ／星 ，场地特征频率 与隔震装置
的固有频率 之比ｏ￣／ｏ， ，隔震装置阻尼比 之间
的关系曲线如图２、图３所示 。由图２可以看出
当叫／ 值在１附近时，随着阻尼比 增加，Ｒ 迅速 衰减；而图３则表明￣ｏ／ｏ， 不同，隔震装置阻尼比 增加，Ｒ 呈不同变化趋势。如： 一１．５，随着
增加，Ｒ 衰减；而 ／ ：３．０，随着 增加，Ｒ 增加。
图１ 多质点平动体系基础隔震结构动力分析模型
图２ 隔震结构Ｒ 一ｃｃ，／ 的关系曲线
＿
● ０ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ∞／ｃｏ
图３ 隔震结构｝一ｏ，／￣ｏ 的关系曲线
２ 底部楼层安装阻尼器的减震系统
图４（ａ）为在底部２层安装阻尼器的减震结构，
其在地震作用下的计算模型为图４（ｂ）。该结构底 部两层可以当成隔震层，隔震层质量为Ｅｍ ］，阻尼
和刚度分别为［Ｃｂ］和［忌 ］；ｚ ，Ｘｂ，Ｘ 的含义和基 础隔震体系相同。该减震系统在地震作用下的运动 方程也可表示为式（１）的形式，故此减震系统亦具备
隔震体系类似的动力特性。 层间位移为中国建筑抗震设计规范口３
＿抗震变 土木建筑与环境工程 第３５卷
／ ＼ ／ ＼
（ａ） ¨，） 图４底部两层安装阻尼器减震结构动力分析模型
形验算的主要评判指标，而层间位移由受力位移与 非受力位移组成ｌ＿】 ，其中非受力位移取决于竖向构
件楼层处的截面转角，因此层间位移大小最终由本
层剪力、竖向构件顶端弯矩、及下层竖向构件顶端弯 矩决定。首先，假定底部隔震楼层的数量，通过振型
分析得出隔震层的固有频率∞ 、 ／ 值。减震系统 与基础隔震系统一个关键不同之处是基础隔震系统
的∞／∞ 值必须大于１．４１４ ２，更不能出现在共振区，
即１的附近；而减震系统的６０／０ 值如在１附近却能 取得很好的减震效果。由图２知，如叫／叫 值在１附
近，则Ｒ 随 增加迅速衰减，即互 减小，将使结构上 部被隔震楼层的层问位移迅速衰减，同时使结构隔
震层或底部楼层受到的剪力和弯矩减小，最终使底 部薄弱层层间位移减小；当 达到一定值时，Ｒ 衰 减趋缓，意味着此时再增加阻尼器的数量对减小底
部薄弱层层间位移意义不大。如图３所示，当 ／叫 值大于１．４１４ ２，取１．５时，则Ｒ 随 增加减小，同样
会使隔震层受到的剪力、弯矩、及层间位移减小。然
后，初步选定隔震楼层数和安装阻尼器的增量；最终 通过时程分析确定减震结构底部需要安装阻尼器的
楼层数，及阻尼器的数量。
３ 实例分析
３．１ 工程概况 某１Ｏ层框架结构，３跨１０榀，平面如图５所示。
边跨７．５ ｒｎ，中跨２．４ ｍ，间距３．９ ｍ；首层高４．２ ｍ， 其余各层高３．６ ｍ。柱截面尺寸、混凝土强度等级、
柱单侧配筋面积如表１所示。ｙ向框架梁截面尺寸
分别为３００ ｍｍ×７００ ｍｍ，２５０ ｍｍ×４００ ｍｍ，Ｘ向 框架梁混凝土截面尺寸为２５０ ｍｍ×４００ ｍｍ；标准
层楼板厚１１０ ｍｍ，屋面板厚１３０ ｍｍ；梁板混凝土强 度等级取Ｃ３０。拟采取消能减震措施，使其满足设
计地震分组第１组，Ⅱ类场地，８度区，设计基本地
震加速度值为０．３０ ｇ的抗震设防要求。
ｇ ｉ ’ ｌ ｌ 卜
＿—— 莩 ＿ 自 ＿ 。 ８ｌ １ ． Ｉｎ卜
＿ ３ ９ｏ０ ３ ９ｏｏ ３ ９００ ３ ９００ ３ ９（）ｏ ３ ９ｏｏ ３ ９００｛３ ９００ ３ ９００ ３５１０ｃ ｌ
图５框架结构平面示意图
表１框架结构柱截面尺寸、单侧配筋面积与混凝土强度等级
注：箍筋为０１０＠１００／２００
３．２阻尼器布置策略
拟在结构底部隔震层安装粘滞阻尼器，则隔震
高层建筑抗风设计的优化方法
高层建筑抗风设计的优化方法
在现代城市的天际线中，高层建筑如林立的巨人，展现着人类建筑技术的辉煌成就。然而，这些高耸入云的建筑在面对自然界的强风时，却面临着严峻的挑战。风荷载是高层建筑设计中必须重点考虑的因素之一，因为它可能导致结构的振动、变形甚至破坏。因此，研究高层建筑抗风设计的优化方法具有至关重要的意义。
一、风对高层建筑的影响
风对高层建筑的作用主要包括静力作用和动力作用。静力作用是指风在建筑物表面产生的平均压力和吸力，它会使建筑物产生水平位移和内力。动力作用则是由于风的脉动特性引起的，如风的湍流、漩涡脱落等，导致建筑物产生振动。这种振动如果过大，可能会影响建筑物的使用舒适度，甚至危及结构的安全性。
二、高层建筑抗风设计的基本原则
1、 形状优化
高层建筑的外形对风荷载的大小和分布有着重要影响。流线型的外形能够有效地减小风的阻力，降低风荷载。例如，采用圆形、椭圆形或切角的平面形状，可以减少风的绕流和漩涡脱落，从而降低风的动力效应。
2、 结构刚度合理分布 在设计高层建筑结构时，应确保结构的刚度在水平方向上均匀分布，避免出现刚度突变的情况。这样可以减少风作用下结构的变形和内力集中，提高结构的抗风性能。
3、 增加阻尼
阻尼是结构消耗能量的能力，增加结构的阻尼可以有效地减小风振响应。常见的增加阻尼的方法包括使用阻尼器，如粘滞阻尼器、金属阻尼器等。
三、高层建筑抗风设计的优化方法
1、 风洞试验
风洞试验是高层建筑抗风设计中最常用的方法之一。通过在风洞中模拟实际的风环境，对建筑模型进行测试，可以获得风荷载的大小、分布以及结构的风振响应等数据。根据风洞试验的结果，可以对设计方案进行优化和调整。
在进行风洞试验时，需要选择合适的风洞设备和试验模型。模型的比例尺应根据风洞的尺寸和试验要求确定，以保证试验结果的准确性。同时，还需要对试验数据进行详细的分析和处理，提取有用的信息。
2、 数值模拟
随着计算机技术的发展，数值模拟在高层建筑抗风设计中得到了越来越广泛的应用。数值模拟可以通过建立数学模型和求解流体动力学方程，来预测风在建筑物周围的流动情况和结构的风振响应。 常用的数值模拟方法包括有限元法、有限体积法和边界元法等。在进行数值模拟时，需要合理地选择计算模型和参数，以保证计算结果的可靠性。同时，数值模拟的结果也需要与风洞试验结果进行对比验证。
钢结构框架的抗震设计与性能优化
钢结构框架的抗震设计与性能优化
钢结构是一种在工程中广泛使用的建筑结构材料，其具有较高的强度、抗震性能和可塑性。在地震频繁的地区，钢结构框架的抗震设计与性能优化尤为重要。本文将探讨钢结构框架抗震设计的原则和方法，并介绍性能优化的技术。
一、钢结构框架抗震设计的原则
1. 强度设计原则
钢结构框架在地震作用下需要具有足够的强度来抵御地震力的作用。因此，在设计过程中应根据设计地震力和结构的强度等级合理确定构件的强度。
2. 刚度设计原则
地震作用下，结构需要具备足够的刚度来减小结构的变形和振动。在设计中，应根据结构的刚度要求和地震力的作用，合理安排构件的位置和尺寸，提高结构的全局刚度。
3. 延性设计原则
钢结构框架的延性能力是指结构在地震作用下具有一定的位移能力，能够吸收和耗散地震能量。在设计中，应注重提高结构的延性，采用适当的抗震构造形式和连接方式。
二、钢结构框架抗震设计的方法
1. 设计地震力的确定 在抗震设计中，首先需确定设计地震力。根据工程所在地的地震烈度和场地分类，采用规范中的地震动参数和设计谱来计算设计地震力。
2. 结构的整体布置
结构的整体布置对于抗震性能起着重要的影响。在设计中，应尽量采用对称布置，并考虑结构的合理刚度分布，有效地控制结构的位移。
3. 构件剪力设计
剪力设计是钢结构抗震设计中的关键环节之一。在设计中，应根据构件的强度要求和伸缩性要求，合理确定构件的尺寸和设计纵筋面积，确保构件在地震作用下具有足够的强度和变形能力。
4. 附加阻尼器的应用
为了提高结构的抗震性能，在设计中可以考虑使用附加阻尼器。附加阻尼器能够通过吸收和耗散地震能量来减小结构的振动响应，改善结构的抗震性能。
三、钢结构框架性能优化的技术
1. 材料优化
优化结构的材料可以提高结构的抗震性能。在材料选择上，应考虑钢材的强度、延性和可塑性等性能指标，选择适合的钢材种类和规格。
2. 结构减重 减轻结构的自重可以降低地震作用下的惯性力，减小结构的振动响应。在设计中可以采用中空构件、高强度钢材和薄壁构件等手段来实现结构的减重。
钢框架结构阻尼比
钢框架结构阻尼比
引言
钢框架结构是一种常用的建筑结构形式，具有高强度、刚性好等优点。然而，在地震等自然灾害中，钢框架结构容易受到较大的震动力，从而对建筑物的安全性和稳定性产生威胁。为了提高钢框架结构的抗震能力，阻尼比成为了一个重要的设计指标。
本文将详细介绍钢框架结构阻尼比的概念、计算方法以及影响因素，并分析不同阻尼比对结构响应的影响。
1. 阻尼比的概念
阻尼比（damping ratio）是描述结构减震能力大小的一个指标。它反映了结构在受到外部激励（如地震）时能够吸收和消散能量的能力。阻尼比越大，表示结构对震动的耗能能力越强，抗震性能越好。
通常情况下，钢框架结构采用粘滞阻尼器、摩擦阻尼器或液体阻尼器等方式来增加阻尼比。这些装置通过吸收和消散结构的振动能量，减小结构的动态响应。
2. 阻尼比的计算方法
钢框架结构的阻尼比可以通过实验或计算方法来确定。以下介绍两种常用的计算方法：
2.1. 剪切型阻尼比
剪切型阻尼比（shear-type damping ratio）是指材料内部的耗能能力所引起的阻尼比。它可以通过以下公式计算：
其中，ξ是剪切型阻尼比，η是材料内耗能损失系数，G是材料的剪切模量，ρ是材料密度，A是横截面积。
2.2. 总体阻尼比
总体阻尼比（overall damping ratio）是指结构整体耗能能力所引起的阻尼比。它可以通过以下公式计算：
其中，ξ是总体阻尼比，ξi是第i层结构单元的剪切型阻尼比，mi是第i层结构单元的质量。
3. 影响钢框架结构阻尼比的因素
钢框架结构的阻尼比受到多个因素的影响，主要包括以下几个方面： 3.1. 阻尼器类型和参数
不同类型的阻尼器具有不同的耗能能力和工作特性，会对阻尼比产生显著影响。例如，粘滞阻尼器具有较大的耗能能力，可以显著提高结构的阻尼比。而摩擦阻尼器则具有较小的耗能能力。
此外，阻尼器参数（如粘滞系数、刚度等）也会对阻尼比产生影响。一般来说，增大粘滞系数或降低刚度可以提高阻尼比。
TLD和TMD减震的优化设计方法及应用
TLD和TMD减震的优化设计方法及应用
一、TLD（液柱阻尼器）
1.优化设计方法：
（1）确定设计需求：根据建筑结构的特点和抗震要求，确定TLD的设计需求，例如减震比、耗能比等。
（2）选择液体：根据TLD的设计需求，选择合适的液体filler，如水、油等，以及填充比例。
（3）优化液柱设计：确定液柱的尺寸、位置和布置方式，考虑到结构的刚度和直观性。
（4）性能验证：使用数值模拟或试验验证设计的可行性和效果。
2.应用：
（1）塔楼和高层建筑：TLD可以在高层建筑中起到减震和稳定结构的作用，尤其在抗风和抗地震方面表现突出。
（2）大跨度桥梁：TLD可在大跨度桥梁中减小结构的振动和位移，提高结构的稳定性和安全性。
（3）工业和设备抗震：通过在工业和设备中应用TLD来减小振动和冲击，提高设备的稳定性和抗震能力。
二、TMD（质量阻尼器）
1.优化设计方法： （1）确定设计需求：根据结构的特点和抗震要求，确定TMD的设计需求，例如振动频率、质量比等。
（2）选择阻尼器：根据TMD的设计需求，选择合适的阻尼器类型，如单质量、多质量等。
（3）优化质量和刚度设计：确定质量和刚度的大小和分布，以达到最优的抗震效果。
（4）性能验证：使用数值模拟或试验验证设计的可行性和效果。
2.应用：
（1）建筑结构：TMD可以用于大型建筑物的抗震设计，如高层建筑、桥梁等，通过调节质量和刚度来减小结构的振动。
（2）风力和风振控制：在高风区域使用TMD可以减小结构的风振响应，提高结构的稳定性和安全性。
（3）机械和设备抗震：将TMD应用于机械和设备中可以减小振动和冲击，提高设备的稳定性和抗震能力。
总结：TLD和TMD是两种常见的减震方法，其优化设计方法和应用可以根据结构的特点和需求进行灵活选择和调整。通过合理设计和应用这些减震装置，可以提高结构的抗震性能，降低地震和风力对结构的破坏。因此，在实际工程中，我们应根据具体情况选择合适的减震方法，并结合优化设计方法来提高结构的抗震性能。
多层框架结构的消能减震初步分析
多层框架结构的消能减震初步分析
摘要：本文以某栋8度半区三层框架结构为例，对三种阻尼器布置方案的减震效果进行了比较，通过对结构各项指标的计算分析，选择了经济性和可靠性最优的一种消能减震方案。
关键词：阻尼器；设防地震；减震；
对于高烈度地区，增加构件截面尺寸和材料强度的传统设计方法虽然能够满足结构安全性，但经济性不佳。对于例如学校类的重点设防建筑，根据相关规范和规程、标准的要求，设计时需要采用消能隔震技术以提高结构的抗震性能和可靠性。地震作用下结构振动的基本方程可表示为:
[Ｍ]{ }+[Ｃ]{ }+[Ｋ]{}={} (1)
上式之中:[Ｍ]为质量矩阵,[Ｃ]为阻尼矩阵,[Ｋ]为刚度矩阵,{}为节点位移向量,{}为节点速度向量,{}为节点加速度向量,而{}为地震力向量。阻尼器也称消能器，可以设置在建筑物的抗震体系中，消能部件产生相对变形和速度，从而提供了附加阻尼和附加刚度，由前面的式（1）可知，随着[Ｃ]{ }项增大和附加刚度矩阵△[Ｋ]的形成，在地震作用下结构节点位移向量{}会相应减小。
图1 阻尼器力学性能简图
1. 阻尼器在计算模型中的布置
本文算例采用的阻尼器力学性能如图1所示，阻尼器的滞回关系简化为双线性模型时，其拐点为屈服点,即图1中的点2,其相应屈服位移和屈服力即图中点2处的阻尼器变形和阻尼器出力,其初始刚度定义为阻尼器屈服力与屈服位移之比值,也就是图1中的点1和点2之间的直线斜率。阻尼器在建筑平面中应按照“均匀、对称、分散”的原则进行布置。本文选用的算例为某栋三层幼儿园建筑，阻尼器在平面中的具体布置位置详见图2(仅以第二层平面为例)，每层设置的阻尼器数量为4个。为方便分析比较，各楼层的阻尼器均布置在相同的位置。
图2阻尼器平面布置简图
本文的算例为一栋三层框架结构,其抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度为8度（0.30g），设计地震分组为第二组，建筑场地类别为III类场地，场地特征周期为0.55s，框架抗震等级为一级，周期折减系数0.85。地下室层高5.200m，地上各层层高均为3.900m，结构阻尼比取0.69，计算时上部结构的嵌固端选取在地下室顶板处。计算软件选用北京盈建科股份有限公司开发的YJK（版本号4.3）。考虑三种阻尼器布置方案，方案A：仅在一层布置，方案B：在一~二层布置，方案C：各层均布置，(每层均按图2布置阻尼器)。根据厂家提供的阻尼器参数，在盈建科计算模型中输入等代柱构件来模拟阻尼器，等代构件（等代柱）钢板的截面尺寸分别为900x30mm、930x30mm和1210x30mm，钢材标号为Q235。厂家提供的阻尼器参数见下表：
粘弹性阻尼器消能结构基于H2和H∞性能优化设计
第３４卷第１期 ２ ０ ０ ７年１月 湖南大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ） Ｖｏ１．３４．Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２ ０ ０ ７
文章编号：１０００—２４７２（２００７）０１—０００５．０４
粘弹性阻尼器消能结构基于Ｈ２和Ｈ。。性能优化设计
雷劲松１，２十，陈敏 ，邹银生
（１．湖南大学土木工程学院，湖南长沙４１００８２；２．西南科技大学土木２１２程与建筑学院，Ｉ￣ｌＪＩＩ绵阳６２１０１０）
摘要：基于Ｈ２和Ｈ。。性能对粘弹性阻尼器消能结构中阻尼器进行布置，具有一定的
优化效果；而针对只有一个薄弱层或某一薄弱层突出的结构，将该层控制输出作为唯一的控
制输出，消能减震效果将明显改观．利＿用Ｍａｔｌａｂ中ＬＭＩ工具箱和优化工具箱可以方便地确
定阻尼器在结构中的优化位置及相应的数量．通过结构响应计算可以合理地选择所需阻尼 器的数量。选用一栋１０层混凝土框架结构对优化方法进行了验证，非线性时程分析结果表
明了其优越性．
关键词：粘弹性阻尼器；消能减震；优化设计；Ｈ２和Ｈ。。性能 中图分类号：ＴＵ３７５．４ ＴＵ３５２．１ 文献标识码：Ａ
Ｏｐｔｉｍａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ａｄｄｅｄ Ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ
Ｄａｍｐｅｒｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｈ∞ａｎｄ Ｈ２ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ
ＬＥＩ Ｊｉｎ．ｓｏｎｇ － ，ＣＨＥＮ Ｍｉｎ ，Ｚ０Ｕ Ｙｉｎ—ｓｈｅｎｇ （Ｉ．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖ，Ｃｈａｎｇｓｈａ．Ｈｕｎａｎ ４１００８２，Ｃｈｉｍ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ．．Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。Ｍｉａｎｙａｎｇ，Ｓｉｃｈｕａｎ ６２１０１０．Ｃｈｉｎａ）
框架结构黏滞阻尼器附加阻尼比的计算对比
框架结构黏滞阻尼器附加阻尼比的计算对比
摘要：随着建筑地震下使用要求的提高，工程设计中采用减隔震装置将会越来越频繁。减震结构设计中采用的附加阻尼比依赖于时程算法，而各软件内置算法有一定区别，本文分别采用YJK和ETABS对某框架结构黏滞阻尼器提供的附加阻尼比进行计算，采用不同计算路径及不同参数，对比了几种算法结果，给工程师的减震设计提供一定的参考。
关键词：多遇地震，减震，黏滞阻尼器，软件对比
0、背景
2021年住建部发布了国务院令744号文《建设工程抗震管理条例》，其中明确要求位于高烈度设防地区、地震重点监视防御区的新建学校、幼儿园、医院、养老机构、儿童福利机构、应急指挥中心、应急避难场所、广播电视等建筑应当按照国家有关规定采用隔震减震等技术，保证发生本区域设防地震时能够满足正常使用要求。
该条例大幅提高了以上八大类结构的设计要求，并明确提到了应采取减隔震措施。因此，减隔震结构的设计方法将成为结构工程师的必修课。为系统理解采用黏滞阻尼器的减震结构设计逻辑，本文选用某高中宿舍作为设计模型，分别采用ETABS以及YJK，对黏滞阻尼器结构设计时附加阻尼比的计算进行分析。
一、减震结构设计逻辑
目前，在结构设计方面，振型分解反应谱法为成熟且安全可行的常规算法，其保证度较高。而时程分析，由于地震波存在随机性和不确定性，以特定地震作用分析得到的结果，不能作为设计配筋依据，只能用来校核结构在选用地震波下是否能够满足设计要求。 而阻尼器对结构能够提供的附加阻尼来自消能构件耗能，与具体的外力作用有关，具有非线性特征，需要通过时程分析确定。因此，减震结构的设计方法采用等效弹性振型分解反应谱法，且将阻尼器对结构整体提供的阻尼作用作为附加阻尼比，加入振型分解反应谱法的计算中，并以此计算结果为配筋依据。
此外，实际阻尼器提供的附加阻尼在结构中并非均匀分布，为了实现其在地震作用下耗能的目的，需要保证阻尼器及周边子结构等重要构件的有效性。阻尼器工作时，结构刚度（或动刚度）对子结构影响较大，因此，子结构需要进行中、大震下的性能设计，保证其能够达到设计目的。
连续天棚阻尼控制算法 -回复
连续天棚阻尼控制算法 -回复
连续天棚阻尼控制算法是一种在建筑结构中应用的控制策略，用于减少地震等外部力对结构的影响。本文将介绍连续天棚阻尼控制算法的基本原理和步骤，并探讨其在实际应用中的效果。
第一部分：引言
连续天棚阻尼控制算法是一种结构控制策略，通过改变结构的阻尼特性，减少地震等外部力对建筑结构的影响。相对于传统的减震策略，连续天棚阻尼控制算法具有更好的控制效果和更广泛的适用性。本文将深入介绍这一算法的原理和步骤。
第二部分：算法原理
连续天棚阻尼控制算法的原理基于结构动力学和控制理论。在地震等外部力作用下，建筑结构将发生振动，导致结构破坏或损坏。通过增加阻尼特性，可以减少结构振动的幅度和能量，从而保护结构的完整性。
连续天棚阻尼控制算法利用结构材料的阻尼特性来控制结构的振动。具体而言，在建筑结构中布置一系列阻尼器，如液压阻尼器或摩擦阻尼器。这些阻尼器通过调节阻尼力来改变结构的阻尼特性。
第三部分：算法步骤
连续天棚阻尼控制算法的实施需要遵循一系列步骤。下面将逐步介绍这些步骤。
步骤一：建立结构模型
首先，需要建立建筑结构的数学模型。这个模型应包括结构的材料特性、几何参数和边界条件。通常使用有限元方法或离散方法对结构进行建模，以便进行振动分析和控制设计。
步骤二：选择合适的阻尼器
根据结构的特点和需求，选择适合的阻尼器类型。液压阻尼器和摩擦阻尼器是常见的选择，但在具体应用中还可以选择其他类型的阻尼器，如磁流变阻尼器或形状记忆合金阻尼器。
步骤三：确定阻尼器参数
在选择了阻尼器类型后，需要确定阻尼器的参数。这些参数包括阻尼系数、刚度和最大行程等。这些参数的选择应以实际情况和设计要求为基础，经过分析和实验验证。
步骤四：设计控制策略
根据结构的振动特性和阻尼器的参数，设计合适的控制策略。常用的控制策略包括开环控制、闭环控制和最优控制等。这些策略可根据具体需求进行选择和优化。
步骤五：实施和验证
增设粘弹性阻尼器对超限高层的优化设计分析
第３８卷第７期 ２ ０ １ ２年３月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏｌ＿３８ Ｎｏ．７ Ｍａｒ． ２０１２ ・３５・ 文章编号：１００９－６８２５（２０１２ Ｊ ０７—００３５・０３ 增设粘弹性阻尼器对超限高层的优化设计分析 璩继立 张迪 璩家平 （１＿上海理工大学，上海２０００００；２．ＣＣＤＩ（中建国际设计顾问有限公司），上海２０００００） 摘要：介绍了消能减震技术的原理以及粘弹性阻尼器的工作机理，结合工程实例，对比了三种不同粘弹性阻尼器布置下的结构 抗震性能，验证了粘弹性阻尼器可以有效改善加固改造后有加强层的超限高层的抗震能力。 关键词：消能减震，粘弹性阻尼器，布置方式，加强层 中图分类号：ＴＵ３１８ 文献标识码：Ａ Ｏ 引言 高层建筑结构复杂，地震破坏后，损失太大，抗震设计需要受 到特别重视。传统的抗震设计方法以“抗”为主，输入结构的地震 能量主要依赖结构构件的塑性变形来耗散，这样在利用结构本身 的塑性来耗散地震能量的同时，必然使结构构件本身遭到损伤甚 至破坏。 工程消能减震技术是建筑结构减轻地震灾害的新技术、新方 法和新途径，它的减震机理明确，减震效果显著，安全可靠，经济 合理，技术先进，适用范围广，正在逐渐被国内外学者接受、重视 和应用 ， 。 １ 消能减震技术的优越性及基本原理 结构消能减震技术 Ｉ４ 是通过把结构物的某些非承重构件 （如支撑、剪力墙、连接件等）设计成消能杆件，或在结构某些部位 （层间空间、节点、联结缝等）设置耗能（阻尼）减振器或耗能元件， 通过消能装置产生摩擦非线性滞回变形耗能来将地震输入结构 的能量加以耗散或吸收，从而减小主体结构的震动，控制预期的 结构变形，使主体结构构件在罕遇地震下不发生严重破坏 。公 式表示如下 ： 传统抗震结构： Ｅ ＝ＥＲ＋ＥＤ＋Ｅｓ （１） 消能减震结构： Ｅｍ：ＥＲ＋ＥＤ＋Ｅｓ＋ （２） 其中，Ｅ 为地震时输入结构物的能量； 为结构物地震反应 的能量，即结构物振动的动能和势能； 为结构阻尼消耗的能量 （一般不超过５％）；Ｅ 为主体结构及承重构件非弹性变形（或损 害）消耗的能量； 为消能构件或消能装置消耗的能量。 强烈地震作用时，主体结构的滞回耗能很小（约占５％），故 可忽略不计， 只是能量转换不消耗能量，根据能量守恒原 理，式（１）有 — ，即只能由主体结构及承重构件的弹塑性变 形产生的能量来抵消绝大部分地震能量，这会导致主体结构及承 重构件损坏、严重破坏或倒塌；对于消能减震结构，强震时消能构 件在主体结构进入非弹性状态前先进入消能工作状态，产生大量 阻尼，消耗地震能量， 一Ｅ ，就使得结构本身消耗的能量Ｅ 一 ０，保护了主体结构及承重构件免遭破坏，又有 一０，结构在地震 中振动的动能和势能趋近于０，衰减了结构的地震反应，确保了结 构在地震中的安全ｌ 。 消能减震技术可用于新建建筑物的抗震设计，可降低建筑物 造价和改善其抗震性能，也可用于受损房屋或抗震不符合要求的 已有建筑的抗震加固中，可以推迟并减少钢筋混凝土结构中裂缝 收稿日期：２０１２—０１－０１ 作者简介：璩继立（１９６４－），男，博士后，副教授 的产生。 ２粘弹性阻尼器装置的工作机理和类型 本文用到的消能减震装置为粘弹性阻尼器，它的工作机理是 强震时粘弹性阻尼器在主体结构进入非线性状态前率先进入耗 能工作状态，粘弹性材料产生的往复剪切滞回变形，结构震动的 大部分能量被耗散掉，构件变形得到控制。它具有较宽的适用 性，能同时用于结构的地震和风振控制：滞回曲线为椭圆形，具有 良好的耗能能力：性能稳定，可多次重复加载卸荷，无严重老化现 象；构造简单、制作方便，一般不改变结构的形式，也不需要外部 能源输入提供控制力 。 粘弹性阻尼器根据粘弹性层的变形方式不同可分为剪切型 阻尼器和拉压型阻尼器 。目前常用的为剪切型粘弹性阻尼器， 由两块Ｔ型钢板夹和一块矩形钢板组成，Ｔ型钢板和中间钢板之 间兼有一层粘弹性材料，可在变形时吸收能量 。 ３增设粘弹性阻尼器对加强层结构的优化分析工程实例 工程概况：原房屋主楼为钢筋混凝土框架一核心筒结构，地 下２层，地上３８层，高度１３７．６５ ｍ。改造设计将原有裙房地上部 分全部凿除，在原结构柱位置重新设计５层裙房，改造后裙房屋 面平面标高为２０．４５０ ｍ；主楼部分在原有塔楼标准层平面上增加 ６个框架柱及相应梁板，将结构３７层（标高１３０．６５ ｍ）以上构件 全部凿除，增加８层钢框架核心筒，加层后的结构有４５层，屋顶建 筑标高为１７１．１００ ｍ，有两个加强层位于２０层和３５层。地震波 记录选取尔森特洛（Ｅ１一Ｃｅｎｔｒｏ）的地震波记录，罕遇地震水平，卓 越周期为０．５５ Ｓ。 阻尼器在结构中的分布和数量对消能减震效果具有重要影 响，通过多次校核，本文确定了两种粘弹性阻尼器布置方案，建立了 ３种结构模型，以对比不同阻尼布置方案对结构抗震性能的影响。 方案１：改造后的结构，不设置粘弹性阻尼器； 方案２：在改造后的结构标准层１层～１９层，２１层～３４层， ３６层～４５层的位置①处加设阻尼器作为斜撑； 方案３：在改造后的结构标准层１层～１９层，２１层～３４层， ３６层一４５层的位置①处加设阻尼器作为斜撑，并在２０层和３５层 位置②处加设阻尼器作为斜撑，如图１所示。 ４实例结果对比分析 由表１可知，增设粘弹性阻尼器后，结构的周期有所增大，频 率减小，但变化不大，说明增加了粘弹性阻尼器可以小幅增加结 构的刚度，改变结构的动力特性，但结构在地震作用下的反应加 速度不会因为安装了粘弹性阻尼减震装置而大幅度增加。由此 说明，
磁流变阻尼器在结构减震控制中的位置优化研究
第２８卷第３期 ２００６年６月 工程抗震与加固改造 Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｔｒｏｆｉｔｔｉｎｇ Ｖｏ１．２８．Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２００６
［文章编号】１００２．８４１２（２００６）０３．００７３．０６
磁流变阻尼器在结构减震控制中的位置优化研究
贝伟明，李宏男（大连理工大学土木水利学院海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连１１６０２４）
［摘要】高层建筑结构中由于地震引起的振动有时是十分严重的，利用磁流变阻尼器进行振动控制的方法可以有效减小 体系的振动反应。这种振动控制的效果，不仅取决于阻尼器出力大小和控制算法的优化，也取决于阻尼器在高层结构中的布 置方式。本文首先对近年来出现的各种优化布置方法进行了介绍，然后提出了一种新的基于改进遗传算法和等效二次型性 能指标的优化方法，并论述了这些方法的优缺点，最后采用五种优化布置方法并结合一个具体实例进行了磁流变阻尼器的优 化布置研究，给出了磁流变阻尼器优化布置的几个原则。 ［关键词】磁流变阻尼器；优化布置；遗传算法；二次型性能指标
［中图分类号】ＴＵ３５２．１ ［文献标识码】Ａ
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄａｍｐｅｒ ｉｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｂｅｉ Ｗｅｉ－ｍｉｎｇ，Ｌｉ Ｈｏｎｇ－ｎａｎ（Ｄａｌｌａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０２４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ ｇｒｏｕｎｄ ｍｏｔｉｏｎ ａｒｅ ｖｅｒｙ ｓｅｒｉｏｕｓ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｉｎｇ ＭＲ ｄａｍｐｅｒｓ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｄｅｐｅｎｄｓ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ＭＲ ｄａｍｐｅｒ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｏｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ＭＲ ｄａｍｐｅｒ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｓｏｍｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｆｉｖｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ａｎｄ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ＭＲ ｄａｍｐｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ．ｓｅｖｅｒａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ ａｒｅ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄａｍｐｅｒ；ｏｐｔｉｍａｌ ｐｌａｃｅｍｅｎｔ；ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｄｅｘ