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第43卷第16期
2 0 1 7 年 6 月
SHANXI ARCHITECTURE
山西建筑
Vol. 43 No. 16 Jun. 2017
文章编号：1009-6825 (2017) 16-0056-02
黏滞阻尼器减震设计
(山西省建筑设计研究院，山西太原030013)
摘要
陈斌
:简单介绍了黏滞阻尼器的构造组成，耗能原理,从技术、经济两方面，阐述了其技术优势,并以山西某中学教学楼为例，分
析了在减震结构中增加黏滞阻尼器的设计方法，有助于提高建筑的抗震能力。
关键词:地震，减隔震技术，黏滞阻尼器，框架结构
中图分类号:TU352
地震又称地动，是地球上一种比较常见的自然灾害，成因是 由于地球在不断运动和变化的过程中，积累了巨大的能量，当能 量积攒到一定程度，就会快速的从地壳薄弱的地方释放出来，使 地表产生震动，形成地震，当释放的能量较大时，就会形成有破坏 力的地震。我国所处的位置是地壳较薄弱，地震比较多发的位 置，所以抗震设计是我们国家建筑设计的一个重要部分。
由于目前人类的科技水平尚不能预测地震的发生，所以对于 地震，我们能做的仅仅是提高建筑抗震性能，使地震对建筑产生 的影响降到最小。现在我们经常用到的抗震设计方法是通过提 高结构自身的性能来抵抗地震作用，比如增加结构梁柱的截面及 配筋、增设剪力墙、梁柱增设型钢等，这类方法既不经济，又不具 备自我调节功能，当发生较大地震时，会造成严重破坏。本文要 介绍的一种新的结构抗震方法，通过安装黏滞阻尼器来控制结构 振动,达到减小地震对建筑影响的方法。
1黏滞阻尼器构造及消能原理
1)黏滞阻尼器是一种被动耗能的阻尼器，当其合理的安装在
建筑物上时,能消耗、转移、吸收结构地震时产生的振动能量，减 小结构振动，从而达到抗震的目的。目前我们常用的黏滞阻尼器 由以下部分组成:缸体、活塞杆、活塞、阻尼孔（位于活塞上）、硅油 (黏滞流体阻尼材料)等，如图1所示。当受到地震作用时，活塞 和缸体之间会发生相对运动，活塞运动时活塞左右硅油会出现压 力差，在压力的作用下硅油会从活塞上阻尼孔流过,产生阻尼力， 进而达到消能抗震的目的。
活塞杆活塞
阻尼孔
\\\\ / y/
[I----------,
\\/
/LJ~~——
挂油~
~
部和封口
图1黏滞阻尼器组成图
2)黏滞阻尼器的耗能主要是依靠黏滞流体阻尼材料，当黏滞 阻尼器开始工作时，黏滞流体阻尼材料开始流动，并通过阻尼孔， 在这个过程中会产生摩擦和孔缩效应，将黏滞流体阻尼材料的动 能转化为热能，就能耗散掉部分地震产生的能量,从而起到减震
的目的。目前研究比较成熟的黏滞流体阻尼材料是二甲基硅油，
这种材料的动力黏度一般在10 x 105 cst ~ 3 x 105 cst间，有很好的 耐高、低温性能，黏度随温度改变产生的变化很小，物理化学性能 比较稳定，能在不同环境、不同的地震力作用下提供比较稳定的 阻尼力，是目前应用最广的一种阻尼材料。
2使用黏滞阻尼器的优点
收稿日期:2017-03-13
作者简介:陈斌（1982-),男，工程师
:A
使用黏滞阻尼器的耗能减震结构体系，与传统的抗震结构体 系相比有以下优点：
1) 技术方面:传统的抗震结构体系主要靠主体结构及承重构
件非弹性变形(或损坏)来消耗地震能量，按照传统的结构设计方 法,抗震设计时模拟加载地震力（根据本地区抗震设防烈度选 用），根据计算结果，选用结构构件的尺寸及配筋。由于地震动的 随机性和结构计算模型假定的误差性，结构在地震中受到的破坏 程度难以精确控制，特别是当出现超本地设防烈度地震时，主要 承重构件的安全无法保证，会发生结构倒塌。使用黏滞阻尼器的 耗能减震结构体系，由于设置了非承重的耗能构件——
黏滞阻尼
器,当地震发生时，黏滞阻尼器能消耗大量的地震力，从而达到减 震的目的，即使出现超本地设防烈度地震,阻尼器率先进人塑性 发生破坏，破坏的同时会吸收大量的地震力，保护结构主体和承 重构件免遭损坏。
2)
经济方面:传统的抗震结构体系，只能通过加大受力构件
的截面尺寸、增加构件配筋等来提高结构的抗震能力，这些措施 会导致结构总体的刚度增加，结构所承受的地震力会随之增加， 可能会需要进一步加大构件截面尺寸或配筋，最终导致结构造价 提高。使用黏滞阻尼器的耗能减震结构体系，黏滞阻尼器不会提 供附加刚度，不会改变结构的自振周期，黏滞阻尼器在提供阻尼 力的同时，也不会在安装位置的柱中产生与柱同向的轴力，因此 黏滞阻尼器在为结构提供较大阻尼的同时，
不会增加结构的地震 作用，进而节省造价。这个效果在高设防烈度地区，高层、超高层
结构中效果更加明显。
由于使用黏滞阻尼器这类耗能减震结构体系的优越性，目前 我们国家正在逐步推广这种技术的应用。住房城乡建设部建质 [2014]25号文件要求:“抗震设防烈度为八度（含八度）及以上地 震高烈度区，新建3层及3层以上幼儿园、学校、医院等人员密集 公共建筑，应优先采用减隔震技术。鼓励重点设防类、特殊设防 类建筑采用减隔震技术，提倡对抗震安全性、使用功能有较高需 求的标准设防类建筑采用减隔震技术”。
3黏滞阻尼器减震结构设计实例
3.1 工程概况
山西某中学教学楼，整体为框架结构，地上3层，层高：1层4.2 m，2层，3层3.9 m，建筑总高度12.0 m。工程设计使用年限 50年，抗震设防烈度8度，基本地震加速度0. 2g，地震分组第二 组，抗震设防类别重点设防（乙类），基本风压〇. 4 kN/m2，场地类 别HI类，地面粗糙度B类。根据山西省住房和城乡建设厅晋建质 字[2014] 115号文件抗震设防烈度8度及8度以上学校新建教
文献标识码第43卷第16期2 0 1 7年6月
陈斌:黏滞阻尼器减震设计
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方向各布置
学用房，必须采用减隔震技术”。本工程选用黏滞阻尼器减震结 构设计。
3.2结构模型分析计算
8个,2层,3层2个。阻尼器连接单元在模型中
的模拟形式采用墙柱型，阻尼器位于剪力墙中部，平面布置图如
图2所示。
1) 建立PKPM结构计算模型（无阻尼器），计算出层剪力、层
间位移等数据。
2) 使用有限元分析软件ETABS建立减震与非减震结构模尼器的减震结构进行地震响应分析。在结构中设置黏滞阻尼器， 型，并进行减震计算与减震效果分析。在
3) ETABS弹性时程分析减震效果。
采用ETABS软件所提供的快速非线性分析法，对设置消能阻
ETABS弹性分析模型
实质是给结构增加附加阻尼，使结构总阻尼增加，进而减小结构 的地震响应，非线性时程分析法可以直接考虑此效果。以下对设 置黏滞阻尼器前后的几项参数进行对比，进而对设置黏滞阻尼器 结构的减震效果进行评价。
楼层剪力及楼层侧移对比见表3,多遇地震下最大层间位移 角见表4,罕遇地震下结构层间位移角见表5。
表3
楼层剪力及楼层侧移对比表
Z向
中，采用空间杆系单元模拟梁柱单元，楼板使用膜单元模拟，使用 Damper单元模拟黏滞阻尼器。为了确保计算分析的准确性，需要 对模型进行校验，将
ETABS和PKPM建立的非减震结构模型计算
得到的结构整体质量、周期和振型分解反应谱法下的层间剪力进 行对比。经过对比，ETABS模型与PKPM模型在结构质量、周期、
各层剪力的差异都很小，能满足计算分析的要求。
3) 地震波的选取:本次计算选用7条地震波，根据《建筑抗震
楼层
设计规范》结构抗震验算的规定：当抗震计算采用7条加速度时 程曲线计算时，计算结果采用振型分解反应谱法和时程分析法平 均值两者间的较大值。地震波选用5条自然波，2条人工波，满足 规范自然波不少于2/3的要求。计算结果如表1所示。
表1
非减震结构底部剪力
321
层间契力比（减震/非减震）
平均值
0.6040.6860.777
楼层侧移比（减震/非减震）
平均值
0.8220.7200.746
工况剪力X
kN
反应谱
5 7825 415100.00100.00
T'x
6 2005 8365 50110792
10194
95106
比例
%
Y
XY
t26 154
106
t4
9180
8187
t5时程平均
5 6025 3109792
9695
楼层
321
层间契力比（减震/非减震）
平均值
0.6820.7480.814
F向
楼层侧移比（减震/非减震）
平均值
0.9090.8010.849
5 2704 6775 577
5 3435 4456 1485 1294 5985 0175 490
表4多遇地震下最大层间位移角
mcT1
加阻尼器
Y
917
表1中比例为各个时程分析与振型分解反应谱法得到的结
构基底剪力之比。能满足规范要求的，单条比值不小于60%，多 条的平均值不小于80%。3.3消能减震设计方案
1)减震目标见表2。
表2
结构减震规范与目标对比表
方向所有地震波平均值
表5
无阻尼器X
696Y
774
X
943
罕遇地震下结构层间位移角（选用三条地震波)
X | Y
141116160
196135176
输入地震波
地震作用方向
层高/m层数
减震目标
1/6501/100
321
3.93.94.2
X | Y
301197225
424224245
t2
包络值
X | Y
125107147
168120154
X | Y
125107147
168120154
层间位移角/rad-1
结构类别钢筋混凝土
框架结构
项目层间位移角基底剪力
规范要求
1/550多遇
1/50罕遇
—
减少15%
2)阻尼器布置。
经对比计算，使用黏滞阻尼器的结构，在地震中的加速度和 层间位移显著减小，能达到结构预期的减震目标。4
结语
结构消能技术是近年来一项新兴的技术，自从阻尼器被安装
到建筑上开始，人们就逐渐认识到这种技术对结构抗震的重大意
1 '!
• ■in； h|H H 1
■
j;i；—:图2
阻尼器布置图
义，随着这种技术的不断进步，将会有越来越多的建筑使用到这 项技术，使建筑的抗震能力又进一步提高。
参考文献：
■
根据建筑平面布置及结构PKPM初步计算结果，经过多次 优化计算，确定如下黏滞阻尼器布置方案:黏滞阻尼器总数量为
Chen Bin
(Shanxi Architectural Design and Research Institute, Taiyuan 030013 , China)
Abstract： This paper briefly introduced the structure, energy dissipation principle of viscous dampers, from the technology, economy two aspects ,elaborated its technological advantages, and taking a middle school teaching building in Shanxi as an example, analyzed the design method increasing viscous damper in seismic structure, helpful to improve the seismic capacity of building.Key words： seismic, isolation technology, viscous damper, frame structure
Brief introduction to seismic design of viscous dampers
[1] GB 50011—2010,建筑抗震设计规范[S].
[2] JGJ 297—2013,建筑消能减震技术规程[S].[3] 潘鹏，叶列平,钱嫁茹，等.建筑结构消能减震设计与案例
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中国建筑工业出版社,2012.